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JP7547745B2 - Electric actuator and flow control device - Google Patents
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JP7547745B2 JP2020047464A JP2020047464A JP7547745B2 JP 7547745 B2 JP7547745 B2 JP 7547745B2 JP 2020047464 A JP2020047464 A JP 2020047464A JP 2020047464 A JP2020047464 A JP 2020047464A JP 7547745 B2 JP7547745 B2 JP 7547745B2
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Description

本発明は、流量制御装置の弁体の開閉操作を行う電動アクチュエータ及び流量制御装置に係る発明である。 The present invention relates to an electric actuator that opens and closes the valve body of a flow control device, and to a flow control device.

電動アクチュエータ及び流量制御装置に関する先行技術が、下記特許文献1に開示されている。特許文献1には、「遮断弁の流路を閉じる方向に回転トルクが付与されている作動シャフトと、前記回転トルクに抗して前記作動シャフトを駆動する直流モータと、前記作動シャフトと前記直流モータを連結する動力伝達手段を有する遮断弁用アクチュエータにおいて、前記動力伝達手段は、前記直流モータの出力軸に連結され、円周方向に複数の爪を有する平歯車とその爪と係合する複数の爪を有するピニオン歯車と前記直流モータと並列に接続され、前記ピニオン歯車を前記平歯車に対して進退自在に駆動するソレノイドとを含むクラッチ部と、前記ピニオン歯車の回転を前記作動シャフトに伝達する歯車減速機構を備えると共に、前記直流モータ及び前記ソレノイドと直列に接続されたマイクロスィッチとそれと並列に接続された抵抗を含む制御回路を有し、前記マイクロスィッチは前記遮断弁の全開によりオンされて、前記抵抗を介して前記直流モータ及び前記ソレノイドに全開を保持する電流が通電されることを特徴とする遮断弁用アクチュエータ」が、開示されている。また、特許文献1には、好ましい遮断弁用アクチュエータとして、「前記クラッチ部は、前記平歯車の爪と前記ピニオン歯車の爪とを噛み合わせる圧縮コイルバネを有することを特徴とする」、遮断弁用アクチュエータが記載されている。また、特許文献1には、かかる遮断弁用アクチュエータによれば、「アクチュエータの小型化及び簡素化を損なわずに、開弁保持時の消費電力を低減することができる」と、記載されている。 Prior art related to electric actuators and flow control devices is disclosed in the following Patent Document 1. Patent Document 1 discloses "an actuator for a shutoff valve having an operating shaft to which a rotational torque is applied in a direction to close the flow path of a shutoff valve, a DC motor that drives the operating shaft against the rotational torque, and a power transmission means that connects the operating shaft and the DC motor, the power transmission means being connected to the output shaft of the DC motor and including a clutch unit including a spur gear having a plurality of pawls in the circumferential direction and a pinion gear having a plurality of pawls that engage with the pawls, and a solenoid connected in parallel to the DC motor and driving the pinion gear to move forward and backward relative to the spur gear, a gear reduction mechanism that transmits the rotation of the pinion gear to the operating shaft, and a control circuit including a microswitch connected in series to the DC motor and the solenoid and a resistor connected in parallel to the microswitch, the microswitch being turned on when the shutoff valve is fully open, and a current that keeps the DC motor and the solenoid fully open is passed through the resistor." Patent Document 1 also describes a preferred shutoff valve actuator in which "the clutch portion has a compression coil spring that meshes the pawls of the spur gear with the pawls of the pinion gear." Patent Document 1 also describes that such a shutoff valve actuator "can reduce power consumption when the valve is held open without compromising the size and simplification of the actuator."

特開2005-20967号公報JP 2005-20967 A

上記した特許文献1の電動アクチュエータは、停電等の非通電時には、巻き上げられたねじリコイルばねの力によって、流路を閉じる(又は開く)方向に作動シャフトが回転して遮断弁が閉弁(又は開弁)する構造である。しかし、直流モータが非通電時に出力軸の状態を保持しようとする保持トルク(例えば自己保持トルク)を生じるものである場合には、その保持トルクとねじりコイルばねによる逆向きのトルクによってクラッチ部が切断されず、弁体を速やかに閉弁(又は開弁)することができない場合があった。 The electric actuator of the above-mentioned Patent Document 1 is structured so that when electricity is not being applied, such as during a power outage, the force of the wound up torsion coil spring rotates the operating shaft in a direction that closes (or opens) the flow path, thereby closing (or opening) the shutoff valve. However, if the DC motor generates a holding torque (e.g., self-holding torque) that tries to maintain the state of the output shaft when electricity is not being applied, the clutch part is not disengaged due to the holding torque and the torque in the opposite direction caused by the torsion coil spring, and the valve body may not be able to be closed (or opened) quickly.

本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、流量制御装置の弁体の開閉操作を行う電動アクチュエータにおいて、停電時など非通電時においても、弁体を速やかに開弁又は閉弁することができる電動アクチュエータを提供することを目的としている。 The present invention was made in consideration of the problems with the conventional technology described above, and aims to provide an electric actuator that opens and closes the valve body of a flow control device, and that can quickly open or close the valve body even when it is not energized, such as during a power outage.

[1]上記目的を達成する本発明の一つの態様は、
流量制御装置の弁体の開閉操作を行う電動アクチュエータであって、
非通電時において保持トルクが発生する、回転軸を有する主電動機と、
前記弁体に接続された出力軸と、
前記出力軸を介してトルクを入力することにより、開弁方向又は閉弁方向に前記弁体を付勢する、回転軸を有する付勢手段と、
前記主電動機及び前記付勢手段のトルクを前記出力軸へ伝達する、N個(N≧2)の歯車を有する伝達手段と、
前記主電動機の動作を制御する制御手段と、を有し
前記主電動機の回転軸、前記出力軸、前記付勢手段の回転軸又は前記伝達手段には、通電により接続するとともに、非通電時に力F1で切断するよう構成されたクラッチが組み込まれており、
さらに、前記クラッチには、前記付勢手段から当該クラッチへ伝達されるトルクにより生じる、前記クラッチの切断を阻止する力F2が作用しており、
前記制御手段は、第1の制御部及び第2の制御部を有し、
前記第1の制御部は、前記弁体が閉弁又は開弁する方向に前記主電動機を回転させる信号を前記主電動機へ出力し、前記主電動機を回転せしめ、
前記第2の制御部は、非通電時に、F1>F2となるよう前記クラッチを操作するよう構成されていることを特徴とする電動アクチュエータ、である。
[1] One aspect of the present invention that achieves the above object is to
An electric actuator for opening and closing a valve of a flow control device,
a main motor having a rotating shaft, which generates a holding torque when not energized;
an output shaft connected to the valve body;
a biasing means having a rotating shaft for biasing the valve body in a valve opening direction or a valve closing direction by inputting torque via the output shaft;
A transmission means having N (N≧2) gears for transmitting the torque of the main motor and the biasing means to the output shaft;
a control means for controlling the operation of the main motor; and a clutch configured to be connected by energization and to be disconnected by a force F1 when not energized is incorporated in the rotating shaft of the main motor, the output shaft, the rotating shaft of the biasing means, or the transmission means,
Furthermore, a force F2 that prevents the clutch from being disengaged is applied to the clutch, the force F2 being generated by the torque transmitted from the biasing means to the clutch,
The control means has a first control unit and a second control unit,
The first control unit outputs a signal to the main motor to rotate the main motor in a direction in which the valve body closes or opens, thereby rotating the main motor,
The second control unit is an electric actuator configured to operate the clutch so that F1>F2 is satisfied when the second control unit is not energized.

[2]なお、上記[1]の電動アクチュエータにおいて、前記クラッチは、前記伝達手段を構成する歯車のうち、少なくとも1つの歯車に組み込まれている、ことが好ましい。 [2] In the electric actuator of [1] above, it is preferable that the clutch is incorporated in at least one of the gears that constitute the transmission means.

[3]さらに、上記[1]又は[2]の電動アクチュエータにおいて、
前記クラッチは、前記主電動機に接続されるとともに係合部を有する第1のクラッチ部と、前記付勢手段に接続されるとともに前記係合部に係合する被係合部を有する第2のクラッチ部を有し、
前記第2の制御部は、非通電時に、前記第1のクラッチ部が、前記付勢手段が付勢する方向と同一方向に回転するよう構成されている、ことが好ましい。
[3] Furthermore, in the electric actuator according to the above [1] or [2],
the clutch includes a first clutch portion connected to the main motor and having an engaging portion, and a second clutch portion connected to the biasing means and having an engaged portion that engages with the engaging portion,
It is preferable that the second control section is configured such that, when not energized, the first clutch section rotates in the same direction as the biasing direction of the biasing means.

[4]さらに、上記[3]の電動アクチュエータにおいて、
前記第2の制御部は、充電部を有し、
前記充電部を電源として、非通電時において、前記第1のクラッチ部が回転すべき方向に前記主電動機を回転させる信号を前記主電動機へ出力し、前記主電動機を回転せしめるよう構成されている、ことが好ましい。
[4] Furthermore, in the electric actuator according to [3] above,
The second control unit has a charging unit,
It is preferable that the charging unit is configured to use the charging unit as a power source and, when not energized, output a signal to the main motor to rotate the main motor in the direction in which the first clutch unit should rotate, thereby rotating the main motor.

[5]さらに加えて、上記[1]又は[2]の電動アクチュエータにおいて、
前記クラッチは、前記主電動機に接続されるとともに係合部を有する第1のクラッチ部と、前記付勢手段に接続されるとともに前記係合部に係合する被係合部を有する第2のクラッチ部を有し、
前記第2の制御部は、非通電時に、前記第2のクラッチ部が、前記付勢手段が付勢する方向と逆方向に回転するよう構成されている、ことが好ましい。
[5] In addition, in the electric actuator according to the above [1] or [2],
the clutch includes a first clutch portion connected to the main motor and having an engaging portion, and a second clutch portion connected to the biasing means and having an engaged portion that engages with the engaging portion,
It is preferable that the second control section is configured such that, when de-energized, the second clutch section rotates in a direction opposite to a direction in which the biasing means biases the second clutch section.

[6]さらに加えて、上記[[5]の電動アクチュエータにおいて、
前記付勢手段が付勢する方向と逆方向のトルクが発生する副電動機を有し、
前記第2の制御部は、充電部を有し、
前記充電部を電源として、非通電時において前記第2のクラッチ部が回転すべき方向に前記副電動機を回転させる信号を前記電動機へ出力し、前記副電動機を回転せしめるよう構成されている、ことが好ましい。
[6] In addition, in the electric actuator according to [5] above,
a sub-motor that generates a torque in a direction opposite to the direction of the biasing means,
The second control unit has a charging unit,
It is preferable that the charging unit is configured to use the charging unit as a power source and to output a signal to the electric motor to rotate the auxiliary motor in a direction in which the second clutch unit should rotate when not energized, thereby rotating the auxiliary motor.

[7]さらに加えて、上記[6]の電動アクチュエータにおいて、前記第2の制御部は、前記第1のクラッチ又は第2のクラッチが23×10 deg/sec以上の回転加速度で回転する信号を前記電動機へ出力するよう構成されている、ことが好ましい。 [7] Furthermore, in the electric actuator of the above [6] , it is preferable that the second control unit is configured to output, to the electric motor, a signal that causes the first clutch unit or the second clutch unit to rotate at a rotational acceleration of 23× 10 deg/sec2 or more .

[8]さらに加えて、上記[3]乃至[7]のいずれかの電動アクチュエータにおいて、
前記第1のクラッチ部は略円筒形状をなし、その端部に前記係合部を有し、
前記第2のクラッチ部は略円筒形状をなし、その端部に前記被係合部を有し、
前記第1のクラッチ部と前記第2のクラッチ部とは同軸に配置され、
前記係合部には、前記第1のクラッチ部の中心軸周りにおいて、複数の凹部と凸部とが所定の間隔で配置されており、
前記被係合部には、前記第2のクラッチ部の中心軸周りにおいて、前記係合部の複数の凹部及び凸部に係合するよう形成された、複数の凹部及び凸部が形成されており、
前記係合部及び前記被係合部の各々の複数の凸部は、前記第1のクラッチ部の中心軸に沿う方向において先端が縮小する形状であるとともに、前記第1のクラッチ部の中心軸周りにおいて、その両側面が同一の角度で傾斜した面であり、
前記係合部及び前記被係合部が係合したとき、前記係合部の複数の凸部及び前記被係合部の複数の凸部は、前記第1のクラッチの中心軸周りにおいて、全て接触している、ことが好ましい。
[8] In addition, in the electric actuator according to any one of the above [3] to [7],
the first clutch portion is substantially cylindrical in shape and has the engaging portion at an end thereof,
the second clutch portion is substantially cylindrical and has the engaged portion at an end thereof,
The first clutch portion and the second clutch portion are coaxially arranged,
The engaging portion has a plurality of recesses and protrusions arranged at predetermined intervals around a central axis of the first clutch portion,
The engaged portion is formed with a plurality of recesses and protrusions around a central axis of the second clutch portion, the recesses and protrusions being formed to engage with the plurality of recesses and protrusions of the engaging portion,
a plurality of protruding portions of the engaging portion and the engaged portion each have a shape in which a tip thereof is tapered in a direction along a central axis of the first clutch portion, and both side surfaces of the protruding portions are inclined at the same angle around the central axis of the first clutch portion;
It is preferable that when the engaging portion and the engaged portion are engaged, a plurality of convex portions of the engaging portion and a plurality of convex portions of the engaged portion are all in contact around a central axis of the first clutch portion .

[9]加えて、上記[1]又は[2]の電動アクチュエータにおいて、
前記クラッチは、前記主電動機に接続されるとともに係合部を有する第1のクラッチ部と、前記付勢手段に接続されるとともに前記係合部に係合する被係合部を有する第2のクラッチ部を有し、
さらに、前記電動アクチュエータは、前記係合部及び前記被係合部のいずれか一方が他方から離隔するように前記第1のクラッチ部又は第2のクラッチ部を移動させる離隔手段を有し、
前記第2の制御部は、非通電時に、前記離隔手段を作動させ、係合状態である前記係合部及び前記被係合部のいずれか一方を他方から離隔させるよう構成されている、ことが好ましい。
[9] In addition, in the electric actuator according to the above [1] or [2],
the clutch includes a first clutch portion connected to the main motor and having an engaging portion, and a second clutch portion connected to the biasing means and having an engaged portion that engages with the engaging portion,
Furthermore, the electric actuator has a separating means for moving the first clutch portion or the second clutch portion so that one of the engaging portion and the engaged portion is separated from the other,
It is preferable that the second control section is configured to operate the separating means when de-energized, to separate one of the engaging section and the engaged section, which are in an engaged state, from the other.

[10]加えて、上記[9]の電動アクチュエータにおいて、
前記離隔手段は、通電により磁力を発生する磁力発生部と、
必要に応じて配置される、前記第1のクラッチ部又は第2のクラッチ部と接続され、前記磁力発生部で駆動される駆動部とを有し、
さらに、前記第2の制御部は、充電部を有し、
前記第2の制御部は、非通電時において、前記充電部を電源として前記磁力発生部を作動させ、直接的に又は前記駆動部を介して間接的に前記第1のクラッチ部又は第2のクラッチ部を移動させることにより、係合状態である前記係合部及び前記被係合部のいずれか一方を他方から離隔させるように構成されている、ことが好ましい。
[10] Additionally, in the electric actuator according to [9] above,
The separating means includes a magnetic force generating unit that generates a magnetic force by energizing the magnetic field;
a drive unit that is connected to the first clutch unit or the second clutch unit and is driven by the magnetic force generating unit, the drive unit being disposed as necessary;
Furthermore, the second control unit has a charging unit,
It is preferable that the second control unit is configured, when not energized, to operate the magnetic force generating unit using the charging unit as a power source, and move the first clutch unit or the second clutch unit directly or indirectly via the drive unit, thereby separating one of the engaging unit and the engaged unit, which are in an engaged state, from the other.

[11]加えて、上記[9]の電動アクチュエータにおいて、
前記離隔手段は、通電により磁力を発生する磁力発生部を有し、
前記電動アクチュエータは、前記係合部及び前記被係合部の間に介在するよう配置され、磁力により伸張する伸張部材を有し、
さらに、前記第2の制御部は、充電部を有し、
前記第2の制御部は、非通電時において、前記充電部を電源として前記磁力発生部を作動させ、前記伸張部材を伸張させることにより、係合状態である前記係合部及び前記被係合部のいずれか一方を他方から離隔させるように構成されている、ことが好ましい。
[11] Additionally, in the electric actuator according to [9] above,
The separating means has a magnetic force generating unit that generates a magnetic force when energized,
the electric actuator has an extension member disposed between the engaging portion and the engaged portion and extending by a magnetic force;
Furthermore, the second control unit has a charging unit,
It is preferable that the second control unit is configured, when not energized, to operate the magnetic force generating unit using the charging unit as a power source and extend the extension member, thereby separating one of the engaging portion and the engaged portion, which are in an engaged state, from the other.

[12]加えて、上記[9]の電動アクチュエータにおいて、
前記離隔手段は、通電により熱を発生する発熱部を有し、
前記電動アクチュエータは、前記係合部及び前記被係合部の間に介在するよう配置され、加熱により伸張する伸張部材を有し、
さらに、前記第2の制御部は、充電部を有し、
前記第2の制御部は、非通電時において、前記充電部を電源として前記発熱部を作動させ、前記伸張部材を伸張させることにより、係合状態である前記係合部及び前記被係合部のいずれか一方を他方から離隔させるように構成されている、ことが好ましい。
[12] Additionally, in the electric actuator according to [9] above,
The separating means has a heat generating portion that generates heat when energized,
the electric actuator has an expansion member that is disposed between the engaging portion and the engaged portion and expands when heated,
Furthermore, the second control unit has a charging unit,
It is preferable that the second control unit is configured, when not energized, to operate the heating unit using the charging unit as a power source and extend the extension member, thereby separating one of the engaging unit and the engaged unit, which are in an engaged state, from the other.

[13]加えて、上記[2]乃至[12]のいずれかの電動アクチュエータにおいて、前記付勢手段が発生するトルクをTA、当該付勢手段から前記出力軸を介してトルクが伝達することにより前記伝達手段を構成するN個の歯車に生じるトルクを各々TB(B=1~N)としたとき、前記クラッチは、TB/TAが0.2以下の歯車に組み込まれている、ことが好ましい。 [13] In addition, in any of the electric actuators described in [2] to [12] above, when the torque generated by the biasing means is TA and the torque generated in each of the N gears constituting the transmission means by the torque being transmitted from the biasing means via the output shaft is TB (B=1 to N), it is preferable that the clutch is incorporated in a gear with TB/TA of 0.2 or less.

[14]本発明に係る別の態様は、[1]乃至[13]のいずれかの電動アクチュエータを備える流量制御装置である。 [14] Another aspect of the present invention is a flow control device that includes an electric actuator according to any one of [1] to [13].

本発明によれば、流量制御装置の弁体の開閉操作を行う電動アクチュエータにおいて、停電時など非通電時においても、弁体を速やかに開弁又は閉弁することができる電動アクチュエータを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electric actuator that opens and closes the valve body of a flow control device, and that can quickly open or close the valve body even when electricity is not being applied, such as during a power outage.

第1実施形態の電動アクチュエータを有する本発明に係る一実施形態の流量制御装置の模式図である。1 is a schematic diagram of a flow rate control device according to an embodiment of the present invention having an electric actuator according to a first embodiment. 図1の電動アクチュエータの内部構造を示すA矢視図である。2 is a view taken along the arrow A of the internal structure of the electric actuator of FIG. 1 . 図1の電動アクチュエータの内部構造を示す別のA矢視図である。2 is another view taken along the arrow A of the internal structure of the electric actuator of FIG. 1 . FIG. 図2(a)のB-B断面図である。This is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 図2(b)のC-C及びD-D断面を示す複合図である。FIG. 3 is a composite view showing cross sections taken along lines CC and DD in FIG. 図3(a)のE部拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of part E in FIG. 図4(a)のF矢視図及びG矢視図である。4( a )的视图F图和G图。 FIG. 4 ( a ) arrow view and G arrow view. 図2(a)のH-H断面図であり、クラッチの切断状況を説明するための図であり、従来技術のクラッチの切断状況を説明するための図を兼ねている。2(a) is a cross-sectional view taken along the line HH in FIG. 2(a), and is a diagram for explaining the disengagement state of the clutch, and also serves as a diagram for explaining the disengagement state of the clutch of the prior art. 図1の電動アクチュエータの回路を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a circuit of the electric actuator of FIG. 1 . 本発明に係る第2実施形態の電動アクチュエータの内部構成を示す部分拡大図である。FIG. 11 is a partial enlarged view showing the internal configuration of an electric actuator according to a second embodiment of the present invention. 本発明に係る第2実施形態の電動アクチュエータにおける、クラッチの切断状況を説明するための図である。13A and 13B are diagrams for explaining a clutch disengagement state in the electric actuator of the second embodiment according to the present invention. 本発明に係る第3実施形態の電動アクチュエータの内部構成を示す部分拡大図である。FIG. 11 is a partial enlarged view showing the internal configuration of an electric actuator according to a third embodiment of the present invention. 本発明に係る第4実施形態の電動アクチュエータの内部構成を示す部分拡大図である。FIG. 10 is a partial enlarged view showing the internal configuration of an electric actuator according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明に係る第5及び第6実施形態の電動アクチュエータの内部構成を示す部分拡大図である。FIG. 13 is a partial enlarged view showing the internal configuration of an electric actuator according to a fifth and sixth embodiment of the present invention.

本願発明者は、上記特許文献1の電動アクチュエータについて、その適用を検討した結果、次述する問題があることを知見し、本発明を想到した。すなわち、特許文献1の電動アクチュエータでは、作動シャフトにねじりコイルばねを組付け、開弁時の直流モータによる作動シャフトの回転と同時にねじりコイルばねを巻き上げ、巻き上げられたねじりコイルばねの復元力により、作動シャフトに対し遮断弁の流路を閉じる方向に作用する回転トルクを付与している。そして、上記特許文献1の電動アクチュエータにおいて閉弁状態とする場合には、直流モータとソレノイドアクチュエータを同時に非通電とし、図5(a)に示すように圧縮コイルバネの復元力でピニオン歯車(本願における第2のクラッチ部に相当する。)94eの爪(本願における凸部に相当する。)94nと平歯車(本願における第1のクラッチ部に相当する。)94cの爪(本願における凸部に相当する。)94kとの係合を解除し、クラッチ部を切断状態とすることにより直流モータと動力伝達機構との連結を切り、上記のように作動シャフトへ付与されている遮断弁の流路を閉じる方向に作用する回転トルクにより、作動シャフトを開弁時とは逆方向へ回転させ、遮断弁(本願における弁体に相当する。)を閉弁する。 The inventors of the present application have studied the application of the electric actuator of Patent Document 1, and have found the following problems, which led to the invention. That is, in the electric actuator of Patent Document 1, a torsion coil spring is attached to the operating shaft, and when the valve is opened, the torsion coil spring is wound up at the same time as the operating shaft is rotated by the DC motor, and the restoring force of the wound up torsion coil spring applies a rotational torque to the operating shaft in a direction to close the flow path of the shutoff valve. When the electric actuator of Patent Document 1 is to be put into a closed state, the DC motor and the solenoid actuator are simultaneously de-energized, and as shown in FIG. 5(a), the restoring force of the compression coil spring disengages the claw (corresponding to the convex portion in this application) 94n of the pinion gear (corresponding to the second clutch portion in this application) 94e from the claw (corresponding to the convex portion in this application) 94k of the spur gear (corresponding to the first clutch portion in this application) 94c, thereby disconnecting the clutch portion and disconnecting the DC motor from the power transmission mechanism. The rotational torque applied to the operating shaft as described above in a direction that closes the flow path of the shutoff valve rotates the operating shaft in the opposite direction to when the valve is open, and the shutoff valve (corresponding to the valve body in this application) is closed.

ここで、上記クラッチの停電直後の状態を示す図5(a)に示すように、停電直後において、クラッチを構成する平歯車94cは直流モータの保持トルクでその位置が固定され、ピニオン歯車94eにはねじりコイルバネの復元力による押圧力W1が負荷されている。このため、平歯車94c及びピニオン歯車94eが係合(噛み合う)している爪94k,94nの接触面には、上記押圧力W1と同等の力W2が負荷され、所定の摩擦力μFa1が生じる。さらに、クラッチに関しては、上記のようなクラッチの爪94k,94nの係合による両者の接触面での摩擦力μFa1以外にも、付勢手段から負荷される力により、クラッチが組み込まれた歯車と当該歯車と噛み合う他の歯車との接触面での摩擦力、歯車と当該歯車が装着されている軸部との接触面での摩擦力も生じている。そして、これらの摩擦力の垂直方向における合力(力)F2は、クラッチの切断を阻止するよう下方に作用している。一方で、クラッチは、外部電源からの通電が停止した際に、クラッチに組み込まれた圧縮コイルバネの復元力で上方に作用する力F1で切断されるよう構成されているものの、F2>F1となっている場合には、爪94kと爪94nの係合が解除されず、クラッチが切断されない場合がある。本願発明者らは、かかる現象を知見し、この現象を解消するため本発明を想到し、完成した。 As shown in FIG. 5(a), which shows the state of the clutch immediately after a power outage, immediately after a power outage, the spur gear 94c constituting the clutch is fixed in position by the holding torque of the DC motor, and the pinion gear 94e is loaded with a pressing force W1 due to the restoring force of the torsion coil spring. Therefore, a force W2 equivalent to the pressing force W1 is loaded on the contact surface of the claws 94k, 94n where the spur gear 94c and the pinion gear 94e are engaged (meshed), and a predetermined friction force μFa1 is generated. Furthermore, with regard to the clutch, in addition to the friction force μFa1 at the contact surface between the clutch claws 94k, 94n as described above, friction forces are also generated at the contact surface between the gear in which the clutch is incorporated and another gear that meshes with the gear, and at the contact surface between the gear and the shaft on which the gear is mounted, due to the force loaded from the biasing means. The resultant force (force) F2 of these friction forces in the vertical direction acts downward to prevent the clutch from being disengaged. On the other hand, the clutch is configured to be disengaged by the force F1 acting upward due to the restoring force of a compression coil spring built into the clutch when the power supply from the external power source is stopped, but if F2>F1, the engagement between claws 94k and 94n may not be released and the clutch may not be disengaged. The inventors of the present application were aware of this phenomenon and came up with and completed the present invention to solve this problem.

以下、本発明について、その第1~第6実施形態に基づき図1~図9を参照しつつ説明する。図1は、本発明に係る第1実施形態の電動アクチュエータを有する実施形態の流量制御装置の模式図、図2(a)は、図1の電動アクチュエータの内部構造を示すA矢視図、図2(b)は、図1の電動アクチュエータの内部構造を示す別のA矢視図である。図3(a)は、図2(a)のB-B断面図、図3(b)は、図2(b)のC-C及びD-D断面を示す複合図である。図4は、図3(a)のE部拡大図、図5は、図2(a)のH-H断面図であり、クラッチの切断状況を説明するための図である。図6は、図1の電動アクチュエータの回路を示すブロック図である。図7は、本発明に係る第2実施形態の電動アクチュエータの内部構成を示す部分拡大図、図8(a)は、本発明に係る第3実施形態の電動アクチュエータの内部構成、図8(b)は、本発明に係る第4実施形態の電動アクチュエータの内部構成を示す部分拡大図、図9は、本発明に係る第5及び第6実施形態の電動アクチュエータの内部構成を示す部分拡大図である。 The present invention will be described below based on the first to sixth embodiments with reference to Figs. 1 to 9. Fig. 1 is a schematic diagram of a flow control device having an electric actuator according to the first embodiment of the present invention, Fig. 2(a) is a view taken from the arrow A showing the internal structure of the electric actuator in Fig. 1, and Fig. 2(b) is another view taken from the arrow A showing the internal structure of the electric actuator in Fig. 1. Fig. 3(a) is a cross-sectional view taken from the line B-B in Fig. 2(a), and Fig. 3(b) is a composite view taken from the lines C-C and D-D in Fig. 2(b). Fig. 4 is an enlarged view of part E in Fig. 3(a), and Fig. 5 is a cross-sectional view taken from the line H-H in Fig. 2(a), which are diagrams for explaining the disengagement state of the clutch. Fig. 6 is a block diagram showing the circuit of the electric actuator in Fig. 1. FIG. 7 is a partially enlarged view showing the internal configuration of an electric actuator according to a second embodiment of the present invention, FIG. 8(a) is a partially enlarged view showing the internal configuration of an electric actuator according to a third embodiment of the present invention, FIG. 8(b) is a partially enlarged view showing the internal configuration of an electric actuator according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a partially enlarged view showing the internal configuration of an electric actuator according to fifth and sixth embodiments of the present invention.

ここで、図2(a),(b)は、基本的に同一のA矢視図であるが、伝達手段(歯車減速機構)等における力(トルク)の伝達状態の理解を容易にするため力(トルク)の伝達経路ごとに別図とし、また、主電動機やソレノイドアクチュエータなどは、二点鎖線で示している。なお、本発明は、以下説明する実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。 Here, Figures 2(a) and (b) are basically the same views as viewed from the arrow A, but in order to make it easier to understand the state of force (torque) transmission in the transmission means (gear reduction mechanism), etc., each force (torque) transmission path is shown as a separate diagram, and the main motor, solenoid actuator, etc. are shown with two-dot chain lines. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and can be modified as appropriate without departing from the gist of the invention.

第1実施形態に係る電動アクチュエータは、図1に示すように、流量制御装置10において、弁体12bの開閉操作を行う電動アクチュエータ11である。電動アクチュエータ11は、図2及び図3に示すように、非通電時において自己保持トルク(保持トルク)が発生する、回転軸17aを有する主電動機17と、上記した弁体に接続された出力軸11aとを有している。また、電動アクチュエータ11は、出力軸11aを介してトルクを入力することにより、開弁方向又は閉弁方向に弁体を付勢する、回転軸15aを有する付勢手段15と、主電動機17及び付勢手段15のトルクを出力軸11aへ伝達する、9(N)個(N≧2)の第1歯車(13a)~第9歯車(13i)からなる伝達手段13mを有している。 The electric actuator according to the first embodiment is an electric actuator 11 that opens and closes a valve body 12b in a flow control device 10, as shown in Fig. 1. The electric actuator 11 has a main motor 17 having a rotating shaft 17a that generates a self-holding torque (holding torque) when not energized, and an output shaft 11a connected to the above-mentioned valve body, as shown in Figs. 2 and 3. The electric actuator 11 also has a biasing means 15 having a rotating shaft 15a that biases the valve body in the valve opening direction or valve closing direction by inputting torque via the output shaft 11a, and a transmission means 13m consisting of nine (N) (N≧2) first gears (13a) to ninth gears (13i) that transmit the torque of the main motor 17 and the biasing means 15 to the output shaft 11a.

ここで、本発明に係る電動アクチュエータでは、通電により接続するとともに、非通電時に力F1で切断するよう構成されたクラッチを、主電動機の回転軸、出力軸、付勢手段の回転軸又は伝達手段のいずれかに組み込む必要がある。具体的な実施形態である図3に示す電動アクチュエータ11では、上記のうち伝達手段13mを構成する第1歯車(13a)~第9歯車(13i)において、図4に示す第5歯車(13e)に、クラッチ14が組み込まれている。このクラッチ14には、図2及び図3に示すように、出力軸11a及び伝達手段13mを介し付勢手段15からクラッチ14へ伝達されるトルクにより生じる、図4に示すクラッチ14の切断を阻止する力F2が作用している。 In the electric actuator according to the present invention, a clutch that is connected when energized and disconnected by force F1 when de-energized must be incorporated into either the rotating shaft of the main motor, the output shaft, the rotating shaft of the biasing means, or the transmission means. In the electric actuator 11 shown in FIG. 3, which is a specific embodiment, a clutch 14 is incorporated into the fifth gear (13e) shown in FIG. 4, among the first gear (13a) to the ninth gear (13i) that constitute the transmission means 13m. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, a force F2 that prevents the clutch 14 from being disconnected, which is generated by the torque transmitted from the biasing means 15 to the clutch 14 via the output shaft 11a and the transmission means 13m, acts on this clutch 14 as shown in FIG. 4.

そして、本実施形態に係る電動アクチュエータは、図6に示すように、主電動機17の動作を制御する制御手段11bを有し、制御手段11bは、第1の制御部11b3、第2の制御部11b4、制御回路11b2を有している。ここで、第1の制御部11b3は、上記したクラッチを接続状態にするとともに、弁体が閉弁又は開弁する方向に主電動機17を回転させる信号S1を主電動機17へ出力し、主電動機17を回転せしめるよう構成されている。また、第2の制御部11b4は、非通電時に、図4に示す力F1及びF2の関係が、F1>F2となるようクラッチ14を操作するよう構成されている。 As shown in Fig. 6, the electric actuator according to this embodiment has a control means 11b for controlling the operation of the main motor 17, and the control means 11b has a first control section 11b3, a second control section 11b4, and a control circuit 11b2. Here, the first control section 11b3 is configured to connect the clutch described above and output a signal S1 to the main motor 17 to rotate the main motor 17 in a direction in which the valve body closes or opens, thereby rotating the main motor 17. The second control section 11b4 is configured to operate the clutch 14 when not energized so that the relationship between the forces F1 and F2 shown in Fig. 4 becomes F1>F2.

図5(a)を参照して上記で説明したように、従来は、クラッチは、外部電源からの通電が停止し、非通電となった際に、クラッチを切断するように上方に作用する力F1と、クラッチの切断を阻止するよう下方に作用している力F2との関係がF2>F1となっている場合があり、爪94kと爪94nの係合が解除されず、クラッチが切断されない場合があった。 As explained above with reference to FIG. 5(a), conventionally, when the clutch is de-energized after the external power source is cut off, the relationship between the force F1 acting upward to disengage the clutch and the force F2 acting downward to prevent the clutch from being disengaged may be F2>F1, and the engagement between claws 94k and 94n may not be released, resulting in the clutch not being disengaged.

これに対し、本発明に係る電動アクチュエータによれば、図6に示す第2の制御部11b4は、非通電時に、F1>F2となるようクラッチを操作するよう構成されている。より具体的には、好ましい構成の一例(第1実施形態)として下記で詳述するように、第2の制御部11b4は、非通電時に、図5(b)に示す第1のクラッチ部14cが、付勢手段が付勢する方向(つまり、付勢手段による押圧力W2の作用方向)と同一方向に回転するよう構成されている。この第1のクラッチ部14cの回転により、図5(b)に示すように、第1のクラッチ部14cは回転加速度Acで移動するが、第2のクラッチ部14eは慣性により瞬間的にその位置を保持し、両者の凸部14k,14nは離隔する状態となる。これにより、第1のクラッチ部14cと第2のクラッチ部14eの凸部14k,14nの接触面に作用する力W2が低下し、摩擦力がμFa2へ低減する(非接触となる場合には、摩擦力は0となる。)。同様な現象が、凸部14k、14n以外のクラッチに関する上記接触面に生じ、クラッチの切断を阻止する力F2が低減し、F1(クラッチを切断する力)>F2(クラッチの切断を阻止する力)となり、クラッチは切断される。以上説明した切断メカニズムにより、停電直後にクラッチが確実に切断され、図2及び図3に示すように、付勢手段15は、開弁方向又は閉弁方向に、出力軸11aを介してトルクを入力して弁体を回転せしめ、所定の開度となるよう開弁又は閉弁することとなるのである。以下、本発明に係る第1実施形態~第6実施形態の電動アクチュエータ及び当該電動アクチュエータを備えた流量制御装置の構成について、詳細に説明する。 In contrast, according to the electric actuator of the present invention, the second control unit 11b4 shown in Fig. 6 is configured to operate the clutch so that F1>F2 when de-energized. More specifically, as described in detail below as an example of a preferred configuration (first embodiment), the second control unit 11b4 is configured to rotate the first clutch portion 14c shown in Fig. 5(b) in the same direction as the biasing direction of the biasing means (i.e., the acting direction of the pressing force W2 by the biasing means) when de-energized. Due to the rotation of the first clutch portion 14c, as shown in Fig. 5(b), the first clutch portion 14c moves with a rotational acceleration Ac, but the second clutch portion 14e momentarily holds its position due to inertia, and the two protrusions 14k, 14n are separated from each other. As a result, the force W2 acting on the contact surface between the convex parts 14k and 14n of the first clutch part 14c and the second clutch part 14e decreases, and the frictional force is reduced to μFa2 (when there is no contact, the frictional force is 0). A similar phenomenon occurs on the contact surface of the clutch other than the convex parts 14k and 14n, and the force F2 preventing the clutch from being disengaged is reduced, so that F1 (the force for disengaging the clutch)>F2 (the force for preventing the clutch from being disengaged), and the clutch is disengaged. The above-described disengagement mechanism reliably disengages the clutch immediately after a power outage, and as shown in Figures 2 and 3, the biasing means 15 inputs torque via the output shaft 11a in the valve opening direction or the valve closing direction to rotate the valve body, and opens or closes the valve to a predetermined opening degree. Hereinafter, the configurations of the electric actuators of the first to sixth embodiments according to the present invention and the flow control devices equipped with the electric actuators will be described in detail.

<流量制御装置の構成>
図1に示すように、本実施形態に係る流量制御装置10は、弁体12bが組み込まれた弁部12と、弁体12bを制御しつつ駆動(開閉)する主電動機が組み込まれた電動アクチュエータ11とを有している。本実施形態の弁部12は、ボールバルブであり、水平方向に伸びる略円柱形状の流路12dを有する弁箱12aと、流路12dの中心軸Iを含む水平面内において旋回可能に中心軸が配置された、流路12dと略同一直径の貫通孔部12fを有する略球体状の弁体12bと、弁体12bを摺動可能にシールするシートリング12cと、流路12dの中心軸Iに対し直交する姿勢で弁体12bの中心に接続される弁棒12eとを有している。弁体12bは、弁棒12eがその中心軸周りに回転すると、弁棒12eと共に回転して流路12dを開閉し、ボールバルブ12の開度を調整する。本実施形態では、電動アクチュエータ11で駆動される弁体12bがボール形状であるボールバルブを使用した場合について示しているが、バルブとしてはボールバルブに限定されず、例えば周知のバタフライバルブや偏心形ボール(プラグ)弁を使用することもできる。
<Configuration of flow control device>
As shown in Fig. 1, the flow control device 10 according to the present embodiment includes a valve section 12 incorporating a valve body 12b, and an electric actuator 11 incorporating a main motor that controls and drives (opens and closes) the valve body 12b. The valve section 12 according to the present embodiment is a ball valve, and includes a valve box 12a having a substantially cylindrical flow passage 12d extending in the horizontal direction, a substantially spherical valve body 12b having a through hole portion 12f having a diameter substantially the same as that of the flow passage 12d and having a central axis arranged so as to be rotatable in a horizontal plane including the central axis I of the flow passage 12d, a seat ring 12c that slidably seals the valve body 12b, and a valve rod 12e that is connected to the center of the valve body 12b in an orientation perpendicular to the central axis I of the flow passage 12d. When the valve rod 12e rotates around its central axis, the valve body 12b rotates together with the valve rod 12e to open and close the flow passage 12d, thereby adjusting the opening degree of the ball valve 12. In this embodiment, a ball valve in which the valve body 12b driven by the electric actuator 11 is ball-shaped is used, but the valve is not limited to a ball valve, and for example, a well-known butterfly valve or an eccentric ball (plug) valve can also be used.

本実施形態における流量制御装置10では、弁体12bは、弁棒12eを介して連結される電動アクチュエータ11の出力軸11aで駆動(開閉)される。そして、出力軸11aとボールバルブ12の弁棒12eは、両者の中心軸が同軸になるよう固定されており、出力軸11aは、弁棒12eを介して弁体12bと連結されている。このため、主電動機の駆動により出力軸11aが所定方向へ所定角度回転すると、弁体12bも同一方向へ同一角度回転し、弁体12bの貫通孔部12fの流路12d中における位置が変化し、開度が調整される。なお、出力軸11aと弁棒12eとは、上記のとおり両者の中心軸が同軸となるよう周知の固定部材(例えばアダプター等)で連結されていればよい。また、図1に示すように、出力軸11aと弁体12bとは弁棒12eを介して間接的に連結されてもよいし、弁棒12eを介さず出力軸11aと弁体12bとは直接連結されていてもよい。以下、本実施形態の流量制御装置10に組み込まれた第1実施形態の電動アクチュエータ11について詳細に説明する。 In the flow control device 10 in this embodiment, the valve body 12b is driven (opened and closed) by the output shaft 11a of the electric actuator 11 connected via the valve rod 12e. The output shaft 11a and the valve rod 12e of the ball valve 12 are fixed so that their central axes are coaxial, and the output shaft 11a is connected to the valve body 12b via the valve rod 12e. Therefore, when the output shaft 11a rotates a predetermined angle in a predetermined direction by driving the main motor, the valve body 12b also rotates the same angle in the same direction, changing the position of the through hole portion 12f of the valve body 12b in the flow path 12d, and the opening degree is adjusted. Note that the output shaft 11a and the valve rod 12e may be connected by a known fixing member (for example, an adapter, etc.) so that their central axes are coaxial as described above. As shown in FIG. 1, the output shaft 11a and the valve body 12b may be indirectly connected via the valve rod 12e, or the output shaft 11a and the valve body 12b may be directly connected without the valve rod 12e. The electric actuator 11 of the first embodiment incorporated in the flow control device 10 of the present embodiment will be described in detail below.

<電動アクチュエータ:第1実施形態>
図2及び図3に示すように、第1実施形態の電動アクチュエータ11は、主要な構成として、上記説明した出力軸11aと、出力軸11aに接続された伝達手段13mと、伝達手段13mを介して出力軸11aを回転させる主電動機17と、出力軸11aの回転角度を検出するポテンショメータ18と、主電動機17を制御する制御手段11bと、出力軸11aを介して力を入力することにより、弁体を所定方向へ付勢する付勢手段15と、を有している。なお、図3に示すように、上記した各構成要素は、組み合わせることにより内部を密閉された空間とすることができる上ケース11eと下ケース11dの内部に格納され、また、下ケース11dの上面に固定された第1のベースプレート(11c)及び支柱で支持された第2のベースプレート(11f)に、その一部が配置されている。以下、各構成要素について、詳細に説明する。
<Electric actuator: First embodiment>
As shown in Fig. 2 and Fig. 3, the electric actuator 11 of the first embodiment mainly comprises the output shaft 11a described above, a transmission means 13m connected to the output shaft 11a, a main motor 17 that rotates the output shaft 11a via the transmission means 13m, a potentiometer 18 that detects the rotation angle of the output shaft 11a, a control means 11b that controls the main motor 17, and a biasing means 15 that biases the valve body in a predetermined direction by inputting a force via the output shaft 11a. As shown in Fig. 3, the above-mentioned components are stored inside an upper case 11e and a lower case 11d that can be combined to form an enclosed space, and some of them are arranged on a first base plate (11c) fixed to the upper surface of the lower case 11d and a second base plate (11f) supported by a support. Each component will be described in detail below.

[主電動機]
本実施形態の主電動機17は、一定の周波数では一定の回転数で回転する回転軸17aを有するとともに非通電時において自己保持トルク(保持トルク)が発生する周知の同期電動機(シンクロナスモータ)であり、高効率かつ小型である点で有利である。図6に示すように主電動機17は、制御手段11bから出力される開閉指令信号S1及び緊急時開閉指令信号S3により回転制御され、その回転軸を、所定の回転数で所定方向(正方向又は逆方向)に所定の期間回転させ、停止させることができる。なお、主電動機17としては、同期電動機に限定されず、直流電動機(DCモータ)や、自励電動機である誘導電動機などを使用してもよい。
[Main motor]
The main motor 17 of this embodiment is a well-known synchronous motor having a rotating shaft 17a that rotates at a constant rotation speed at a constant frequency and generates a self-holding torque (holding torque) when not energized, and is advantageous in that it is highly efficient and small in size. As shown in Fig. 6, the main motor 17 is rotationally controlled by an opening/closing command signal S1 and an emergency opening/closing command signal S3 output from the control means 11b, and the rotating shaft can be rotated at a predetermined rotation speed in a predetermined direction (forward or reverse) for a predetermined period and then stopped. Note that the main motor 17 is not limited to a synchronous motor, and a direct current motor (DC motor) or an induction motor, which is a self-excited motor, may also be used.

[伝達手段]
図2及び図3に示す伝達手段13mは、歯車列である第1歯車(13a)~第9歯車(13i)で構成された、減速機構である。ここで、本実施形態の伝達手段13mは、第1の伝達手段13m1と第2の伝達手段13m2の2つのトルク伝達経路を有している。すなわち、図2(a)及び図3(a)に示すように、第1の伝達手段13m1は、主電動機17と出力軸11aとの間に介在する第1歯車(13a)~第8歯車(13h)の歯車列で構成されており、第1歯車(13a)、第2歯車(13b)、…、第8歯車(13h)の順で主電動機17が発生するトルクを出力軸11aに伝達する。また、図2(b)及び図3(b)に示すように、第2の伝達手段13m2は、付勢手段15と出力軸11aとの間に介在する第7歯車(13g)、第8歯車(13h)及び第9歯車(13i)からなる歯車列で構成されており、付勢手段15が発生するトルクを第9歯車(13i)、第7歯車(13g)、第8歯車(13h)の順で出力軸11aに伝達する。なお、平面視において、出力軸11aが中心に固定された第8歯車(13h)は、第1の伝達手段13m1及び第2の伝達手段13m2で共有する歯車である。
[Transmission Means]
The transmission means 13m shown in Figures 2 and 3 is a reduction mechanism composed of a gear train of the first gear (13a) to the ninth gear (13i). Here, the transmission means 13m of this embodiment has two torque transmission paths, the first transmission means 13m1 and the second transmission means 13m2. That is, as shown in Figures 2(a) and 3(a), the first transmission means 13m1 is composed of a gear train of the first gear (13a) to the eighth gear (13h) interposed between the main motor 17 and the output shaft 11a, and transmits the torque generated by the main motor 17 to the output shaft 11a in the order of the first gear (13a), the second gear (13b), ..., and the eighth gear (13h). 2(b) and 3(b), the second transmission means 13m2 is composed of a gear train consisting of a seventh gear (13g), an eighth gear (13h), and a ninth gear (13i) interposed between the biasing means 15 and the output shaft 11a, and transmits the torque generated by the biasing means 15 to the output shaft 11a in the order of the ninth gear (13i), the seventh gear (13g), and the eighth gear (13h). Note that, in a plan view, the eighth gear (13h) whose center is fixed to the output shaft 11a is a gear shared by the first transmission means 13m1 and the second transmission means 13m2.

上記した伝達手段13mに含まれない第10歯車(13j)は、第8歯車(13h)と噛み合っており、後述するポテンショメータ18を回転させる。また、第11歯車(13k)は、第6歯車(13f)と噛み合っており、後述するブレーキ19の制動トルクを出力軸11aへ伝達する。具体的には、図2(b)において、第11歯車(13k)、第6歯車(13f)、第7歯車(13g)、第8歯車(13h)の順でブレーキ19の制動トルクを出力軸11aへ伝達する。 The tenth gear (13j), which is not included in the transmission means 13m, meshes with the eighth gear (13h) and rotates the potentiometer 18, which will be described later. The eleventh gear (13k) meshes with the sixth gear (13f) and transmits the braking torque of the brake 19, which will be described later, to the output shaft 11a. Specifically, in FIG. 2(b), the braking torque of the brake 19 is transmitted to the output shaft 11a in the order of the eleventh gear (13k), the sixth gear (13f), the seventh gear (13g), and the eighth gear (13h).

以下、図3に示す伝達手段13mを構成する第1歯車(13a)~第9歯車(13i)について、具体的に説明する。まず、主電動機17の回転軸17aに固定された第1歯車(13a)、出力軸11aに固定された第8歯車(13h)及び付勢手段15の回転軸15aに固定された第9歯車(13i)は、所定の歯数を有する1枚の平歯車である。また、その他の第2歯車(13b)~第7歯車(13g)は、中心軸方向において、歯数の多い大径の平歯車(以下、大径歯車という場合がある。)及び歯数の少ない小径の平歯車(以下、小径歯車という場合がある。)の2つの平歯車が上下2段に形成された歯車である。そして、伝達手段13mにおいては、第1の伝達手段13m1及び第2の伝達手段13m2の各々のトルクの伝達方向に沿い、小径歯車に対し大径歯車が噛み合うように第2歯車(13b)~第7歯車(13g)は組み合わされ、徐々に減速されるように構成されている。なお、第2歯車(13b)~第7歯車(13g)は、第1のベースプレート(11c)及び下ケース11dに両端が固定された支持軸周りに回転自在に配置されている。 The first gear (13a) to the ninth gear (13i) constituting the transmission means 13m shown in Fig. 3 will be specifically described below. First, the first gear (13a) fixed to the rotating shaft 17a of the main motor 17, the eighth gear (13h) fixed to the output shaft 11a, and the ninth gear (13i) fixed to the rotating shaft 15a of the biasing means 15 are each a single spur gear having a predetermined number of teeth. The remaining second gear (13b) to seventh gear (13g) are gears in which two spur gears are formed in two stages, one above the other, in the central axis direction: a large-diameter spur gear with a large number of teeth (hereinafter sometimes referred to as a large-diameter gear) and a small-diameter spur gear with a small number of teeth (hereinafter sometimes referred to as a small-diameter gear). In the transmission means 13m, the second gear (13b) to the seventh gear (13g) are combined so that the large diameter gear meshes with the small diameter gear along the torque transmission direction of each of the first transmission means 13m1 and the second transmission means 13m2, and are configured to gradually reduce the speed. The second gear (13b) to the seventh gear (13g) are arranged to be rotatable around a support shaft whose both ends are fixed to the first base plate (11c) and the lower case 11d.

上記説明したように、本実施形態の伝達手段13mは、複数の平歯車列で構成された平行軸型の減速機構であるが、これに限定されず、例えばウオーム減速機などの直交型の減速機構、遊星歯車減速機などの同芯型の減速機構であってもよく、これらと平行軸型の減速機構の組合せであってもよい。 As described above, the transmission means 13m in this embodiment is a parallel-axis type reduction mechanism composed of multiple spur gear trains, but is not limited to this and may be, for example, an orthogonal type reduction mechanism such as a worm reducer, a concentric type reduction mechanism such as a planetary gear reducer, or a combination of these with a parallel-axis type reduction mechanism.

[クラッチ]
上記伝達手段13mを構成する第1歯車(13a)~第9歯車(13i)のうち、第5歯車(13e)に組み込まれたクラッチ14について、図3(a)のE部拡大図である図4を参照して説明する。本実施形態の第5歯車(13e)は、クラッチ14として機能するよう、第4歯車(13d)と噛み合う、大径の平歯車である歯部14iが形成された略円筒形状の第1のクラッチ部14cと、第6歯車(13f)と噛み合う、小径の平歯車である歯部14jが形成された略円筒形状の第2のクラッチ部14eとの2つの要素からなっている。第1のクラッチ部14cと第2のクラッチ部14eの中心孔には軸14oが共に挿通されており、両者は、中心軸J上に同軸となるよう第1のクラッチ部14cが上方に、第2のクラッチ部14eが下方に配置されている。なお、第1のクラッチ部14cの大径の歯部14iは、当該歯部14iが噛み合う第4歯車(13d)の歯面と摺動しつつ上下に移動可能なよう構成されている。
[clutch]
The clutch 14 incorporated in the fifth gear (13e) among the first gear (13a) to the ninth gear (13i) constituting the transmission means 13m will be described with reference to FIG. 4, which is an enlarged view of part E in FIG. 3(a). The fifth gear (13e) of this embodiment is made up of two elements, a first clutch portion 14c of a substantially cylindrical shape having teeth 14i which is a large-diameter spur gear meshing with the fourth gear (13d) and a second clutch portion 14e of a substantially cylindrical shape having teeth 14j which is a small-diameter spur gear meshing with the sixth gear (13f). The shaft 14o is inserted through the center holes of both the first clutch portion 14c and the second clutch portion 14e, and the first clutch portion 14c is disposed above and the second clutch portion 14e is disposed below so as to be coaxial with the center axis J. The large-diameter toothed portion 14i of the first clutch portion 14c is configured to be able to move up and down while sliding on the tooth surface of the fourth gear (13d) with which the large-diameter toothed portion 14i meshes.

ここで、クラッチ14は、噛み合い型のクラッチ(いわゆる、ツース型クラッチ)であり、第1のクラッチ部14cの下端部(端部)には係合部14dが形成されており、第2のクラッチ部14eの上端部(端部)には被係合部14fが形成されている。図4(a)のF矢視図である図4(b)に示すように、係合部14dには凸部14k及び凹部14lが形成されている。また、図4(a)のG矢視図である図4(c)に示すように、被係合部14fには、係合部14dの凸部14k、凹部14lに噛み合うように凹部14m及び凸部14nが形成されている。なお、本発明に係る電動アクチュエータのクラッチとしては、本実施態様で適用するツース型のクラッチに限定されず、例えば摩擦板型クラッチや電磁型クラッチなど各種のクラッチを適用することができる。 Here, the clutch 14 is a meshing type clutch (so-called tooth type clutch), and an engaging portion 14d is formed at the lower end (end) of the first clutch portion 14c, and an engaged portion 14f is formed at the upper end (end) of the second clutch portion 14e. As shown in FIG. 4(b), which is a view seen from the arrow F in FIG. 4(a), a convex portion 14k and a concave portion 14l are formed in the engaging portion 14d. Also, as shown in FIG. 4(c), which is a view seen from the arrow G in FIG. 4(a), a concave portion 14m and a convex portion 14n are formed in the engaged portion 14f so as to engage with the convex portion 14k and the concave portion 14l of the engaging portion 14d. Note that the clutch of the electric actuator according to the present invention is not limited to the tooth type clutch applied in this embodiment, and various clutches such as a friction plate type clutch and an electromagnetic type clutch can be applied.

図4(a)に示すように、第1のクラッチ部14cと第2のクラッチ部14eの間には、両者の端面の間に介在するように配置された、無負荷時に伸張する弾性部材14gとして圧縮コイルバネ(スプリング)が組み込まれている。このため、無負荷時においては、弾性部材14gの復元力(力)F1により、第1のクラッチ部14cと第2のクラッチ部14eは、中心軸Jに沿う方向において、両者の端面が所定の間隔で離隔する。また、第1のクラッチ部14cの上端面には、軸14oが挿通されたブッシュピン14hを介して、ソレノイドアクチュエータ14a(図3参照)のソレノイド軸14bが接触している。これにより、通電するとソレノイドアクチュエータ14aが作動してソレノイド軸14bが下方に伸張し、弾性部材(圧縮バネ)14gの復元力F1に抗して第1のクラッチ部14cが降下し、その係合部14dが、第2のクラッチ部14eの被係合部14fと係合し、クラッチ14は接続状態となる。一方で、例えば停電等のために外部電源からの通電が停止して非通電状態となりソレノイド軸14bが無負荷となった場合には、弾性部材14gの復元力F1により第1のクラッチ部14cは上昇し、係合部14dと被係合部14fの係合が解除され、クラッチ14は切断状態となる。 As shown in Fig. 4(a), a compression coil spring is incorporated between the first clutch portion 14c and the second clutch portion 14e as an elastic member 14g that expands when no load is applied, and is disposed between the end faces of the first clutch portion 14c and the second clutch portion 14e. Therefore, when no load is applied, the end faces of the first clutch portion 14c and the second clutch portion 14e are separated by a predetermined distance in the direction along the central axis J by the restoring force (force) F1 of the elastic member 14g. In addition, the solenoid shaft 14b of the solenoid actuator 14a (see Fig. 3) contacts the upper end face of the first clutch portion 14c via the bush pin 14h through which the shaft 14o is inserted. As a result, when electricity is applied, the solenoid actuator 14a operates and the solenoid shaft 14b expands downward, the first clutch portion 14c descends against the restoring force F1 of the elastic member (compression spring) 14g, and its engaging portion 14d engages with the engaged portion 14f of the second clutch portion 14e, and the clutch 14 is in an engaged state. On the other hand, if the power supply from the external power source is stopped due to a power outage or the like, and the solenoid shaft 14b is in a non-energized state and no load is applied, the first clutch portion 14c rises due to the restoring force F1 of the elastic member 14g, the engagement between the engaging portion 14d and the engaged portion 14f is released, and the clutch 14 is in a disconnected state.

なお、本実施形態では、クラッチ14は、第5歯車(13e)に組み込んだが、クラッチ14を組み込む歯車は、他の歯車であってもよい。しかしながら、弁体の開弁を行うためには、開弁期間中はソレノイドアクチュエータへの通電を継続し、クラッチ14が確実に接続された状態とする必要があり、小さな推力でクラッチ14を接続できることが望ましい。このためには、図2及び図3に示す付勢手段15が発生するトルクをTA、当該付勢手段15から出力軸11aを介して力が伝達することにより伝達手段13mを構成する8個の歯車に生じるトルクを各々TB(B=1~8)としたとき、前記クラッチは、TB/TAが0.2以下の歯車に組み込むことが好ましい。この点に関して、本実施形態は、付勢手段15が発生するトルクTAが0.745(N・m)のとき、クラッチ14が組み込まれる第5歯車(13e)に生じるトルクT5は0.0978(N・m)であり、T5/TA=0.13であるので、上記要件を満たす。 In this embodiment, the clutch 14 is incorporated in the fifth gear (13e), but the gear in which the clutch 14 is incorporated may be another gear. However, in order to open the valve body, it is necessary to continue energizing the solenoid actuator during the valve opening period and to ensure that the clutch 14 is in a securely connected state, and it is desirable to be able to connect the clutch 14 with a small thrust. For this purpose, when the torque generated by the biasing means 15 shown in Figures 2 and 3 is TA and the torque generated in the eight gears constituting the transmission means 13m by transmitting the force from the biasing means 15 via the output shaft 11a is TB (B = 1 to 8), it is preferable that the clutch is incorporated in a gear with TB/TA of 0.2 or less. In this regard, in this embodiment, when the torque TA generated by the biasing means 15 is 0.745 (N.m), the torque T5 generated in the fifth gear (13e) in which the clutch 14 is incorporated is 0.0978 (N.m), and T5/TA = 0.13, so the above requirement is met.

ここで、図4に示すように、ツース型のクラッチ14の係合部14dには、第1のクラッチ部14cの中心軸B周りにおいて、複数の凹部14lと凸部14kとが所定の間隔で配置されており、また、被係合部14fには、第2のクラッチ部14eの中心軸B周りにおいて、係合部14dの複数の凹部14l及び凸部14kに係合するよう形成された、複数の凸部14n及び凹部14mが形成されている。この場合、非通電時において閉弁又は弁をより速やかに行うためには、図5に示すように、係合部14d及び被係合部14fの各々の複数の凸部14k,14nは、第1のクラッチ部14cの中心軸に沿う方向において先端が縮小する形状であるとともに、第1のクラッチ部14cの中心軸周りにおいて、その両側面が同一の角度で傾斜した面であり、係合部14d及び被係合部14fが係合したとき、係合部14dの複数の凸部14k及び被係合部14fの複数の凸部14nは、第1のクラッチ14cの中心軸周りにおいて、全て接触していることが望ましい。 As shown in Figure 4, the engaging portion 14d of the tooth-type clutch 14 has a plurality of recesses 14l and protrusions 14k arranged at a predetermined interval around the central axis B of the first clutch portion 14c, and the engaged portion 14f has a plurality of protrusions 14n and recesses 14m formed around the central axis B of the second clutch portion 14e so as to engage with the plurality of recesses 14l and protrusions 14k of the engaging portion 14d. In this case, in order to close or open the valve more quickly when no current is applied, as shown in Figure 5, it is desirable that the multiple protrusions 14k, 14n of each of the engaging portion 14d and the engaged portion 14f have a shape that narrows at the tip in the direction along the central axis of the first clutch portion 14c, and that both side surfaces are surfaces that are inclined at the same angle around the central axis of the first clutch portion 14c, and that when the engaging portion 14d and the engaged portion 14f are engaged, the multiple protrusions 14k of the engaging portion 14d and the multiple protrusions 14n of the engaged portion 14f are all in contact around the central axis of the first clutch portion 14c.

[ポテンショメータ]
図2(a)及び図3(a)に示すポテンショメータ18は、出力軸11aの回転角度を検出する角度検出手段である。このためポテンショメータ18の回転軸には、第10歯車(13j)が固定されており、当該第10歯車(13j)は、出力軸11aに取付けられた第8歯車(13h)と噛み合うように配置されている。そして、図6に示すように、ポテンショメータ18で検出された出力軸の回転角度は、角度信号S5として制御回路11b2へ出力される。制御回路11b2は、入力された角度信号S5に基づき設定されたアルゴリズム(プログラム)で処理し、開閉指令信号S1を算出し、電動機駆動回路11b8へ出力する。例えば、制御回路11b2は、出力軸の回転角度が設定された目標開度に対応する回転角度に到達した場合には、通電を停止する開閉指令信号S1を電動機駆動回路11b8へ出力し、主電動機17の駆動を停止する。位置検出手段としてはポテンショメータに限定されず、機械的センサーであるリミットスイッチや、例えばロータリーエンコーダなど周知の磁気的センサー又は光学的センサーを適用することもできる。
[Potentiometer]
The potentiometer 18 shown in Fig. 2(a) and Fig. 3(a) is an angle detection means for detecting the rotation angle of the output shaft 11a. For this purpose, a tenth gear (13j) is fixed to the rotation shaft of the potentiometer 18, and the tenth gear (13j) is arranged to mesh with an eighth gear (13h) attached to the output shaft 11a. Then, as shown in Fig. 6, the rotation angle of the output shaft detected by the potentiometer 18 is output to the control circuit 11b2 as an angle signal S5. The control circuit 11b2 processes the input angle signal S5 with a set algorithm (program), calculates an opening/closing command signal S1, and outputs it to the motor drive circuit 11b8. For example, when the rotation angle of the output shaft reaches a rotation angle corresponding to the set target opening degree, the control circuit 11b2 outputs an opening/closing command signal S1 for stopping the current supply to the motor drive circuit 11b8, and stops the drive of the main motor 17. The position detection means is not limited to a potentiometer, and a limit switch, which is a mechanical sensor, or a known magnetic sensor or optical sensor, such as a rotary encoder, can also be used.

[付勢手段]
本実施形態の付勢手段15は、慣用されるゼンマイバネからなるゼンマイユニットである。巻き上げられることにより閉弁方向へ弁体が回転するように作用するトルク(反力)を生じるゼンマイバネは、図3(b)に示すように、付勢手段15から下方に伸びる回転軸15aに連結され、巻き上げ・巻き戻し可能に構成されている。そして、付勢手段15の回転軸15aには、出力軸11aに固定された第8歯車(13h)を介してトルクが伝達される第7歯車(13g)と噛み合う、第9歯車(13i)が固定されている。これにより、開弁時、主電動機17の駆動により第7歯車(13g)が回転すると、噛み合う出力軸11aに固定された第8歯車(13h)が回転して出力軸11aを回転させるとともに、第9歯車(13i)へ回転が伝達され、付勢手段15のゼンマイバネが巻き上げられる。これにより、付勢手段15には、弁体が開弁するように回転する出力軸11aを介してトルクが入力され、閉弁方向へ弁体が回転するように作用するトルク(反力)が生じ、閉弁方向に弁体を付勢することとなる。なお、上記は、弁体が開弁時を基準とした場合であるが、閉弁時を基準とした場合には、付勢手段15は、開弁方向に弁体を付勢する構成となる。
[Using means]
The biasing means 15 of this embodiment is a spring unit made of a commonly used spiral spring. The spiral spring, which generates a torque (reaction force) acting to rotate the valve body in the valve closing direction when wound up, is connected to a rotating shaft 15a extending downward from the biasing means 15 as shown in FIG. 3(b), and is configured to be able to be wound up and unwound. A ninth gear (13i) is fixed to the rotating shaft 15a of the biasing means 15, which meshes with a seventh gear (13g) to which torque is transmitted via an eighth gear (13h) fixed to the output shaft 11a. As a result, when the seventh gear (13g) rotates due to the drive of the main motor 17 at the time of opening the valve, the eighth gear (13h) fixed to the meshing output shaft 11a rotates to rotate the output shaft 11a, and the rotation is transmitted to the ninth gear (13i), and the spiral spring of the biasing means 15 is wound up. As a result, torque is input to the biasing means 15 via the output shaft 11a which rotates to open the valve body, and a torque (reaction force) which acts to rotate the valve body in the valve closing direction is generated, biasing the valve body in the valve closing direction. Note that the above is for the case where the valve body is based on the open state, but if the valve closing state is based on the closed state, the biasing means 15 is configured to bias the valve body in the valve opening direction.

[ブレーキ]
図3(b)に示すように、下ケース11dの下面に固定されたブレーキ19は、例えば粘度流体の中で羽車を回転させる粘性ブレーキである。ブレーキ19の回転軸には第11歯車(13k)が固定されている。クラッチ14の係合部14dが切断したとき、ブレーキ19は、当該第11歯車(13k)を介して、第6歯車(13f)~第8歯車(13g)及び出力軸11aの回転速度を制御するために使用される。
[brake]
As shown in Fig. 3(b), the brake 19 fixed to the lower surface of the lower case 11d is, for example, a viscous brake that rotates an impeller in a viscous fluid. An eleventh gear (13k) is fixed to the rotating shaft of the brake 19. When the engaging portion 14d of the clutch 14 is disengaged, the brake 19 is used to control the rotation speed of the sixth gear (13f) to the eighth gear (13g) and the output shaft 11a via the eleventh gear (13k).

[制御手段]
図3に示すように、本実施形態の制御手段11bは、回路基板11bに形成されている。この回路基板11bは、第2のベースプレート(11f)に立設された支柱で支持され、上ケース11e及び下ケース11dで形成された内部空間の中に収納されている。図6に示すように、制御手段11bには、電動アクチュエータを駆動する構成要素である主電動機17、ポテンショメータ18が接続されており、また、通電のための外部電源16、停電を監視するための停電監視部11b9も接続されている。また、制御手段11bには、空調設備の温度センサーからの冷温水の温度信号や、蒸気の流量信号などの計装信号が入力されている。以下、制御手段11bの構成について詳述する。
[Control Means]
As shown in FIG. 3, the control means 11b of this embodiment is formed on a circuit board 11b. This circuit board 11b is supported by a support erected on the second base plate (11f) and is housed in an internal space formed by the upper case 11e and the lower case 11d. As shown in FIG. 6, the control means 11b is connected to a main motor 17 and a potentiometer 18, which are components that drive the electric actuator, and is also connected to an external power source 16 for energizing and a power outage monitoring unit 11b9 for monitoring a power outage. In addition, instrumentation signals such as a hot and cold water temperature signal from a temperature sensor of the air conditioning equipment and a steam flow rate signal are input to the control means 11b. The configuration of the control means 11b will be described in detail below.

例えば24Vの交流電源である外部電源16は、AC/DC変換するDC電源回路11b1、停電監視部11b9及び電動機駆動回路11b8と接続されている。ここで、ソレノイドアクチュエータ14aは、DC電源回路11b1に接続されている。これにより、外部電源16から通電されている間(つまり、停電など非通電状態とらない限り)、ソレノイドアクチュエータ14aは作動し、図4に示したソレノイド軸14bは常時ブッシュピン14hを押し下げする状態を維持するので、クラッチ14は常時接続状態となる。また、図6に示すように、主電動機17は、電動機駆動回路11b8を介して外部電源16から通電されることにより、駆動することが可能となる。さらに、外部電源16に接続された停電監視部11b9は、停電により外部電源16による通電が途絶えたときに停電信号(停電時起動信号)S4を発信回路11b7へ出力するよう構成されている。 For example, the external power source 16, which is a 24V AC power source, is connected to the DC power source circuit 11b1 that converts AC to DC, the power failure monitoring unit 11b9, and the motor drive circuit 11b8. Here, the solenoid actuator 14a is connected to the DC power source circuit 11b1. As a result, while the external power source 16 is energized (i.e., unless it is in a non-energized state such as a power failure), the solenoid actuator 14a operates, and the solenoid shaft 14b shown in FIG. 4 maintains a state in which the bush pin 14h is constantly pressed down, so that the clutch 14 is constantly connected. Also, as shown in FIG. 6, the main motor 17 can be driven by being energized from the external power source 16 via the motor drive circuit 11b8. Furthermore, the power failure monitoring unit 11b9 connected to the external power source 16 is configured to output a power failure signal (power failure start signal) S4 to the transmission circuit 11b7 when the power supply from the external power source 16 is cut off due to a power failure.

本実施形態の制御手段11bは、二点鎖線で囲まれた要素で構成される第1の制御部11b3及び点線で囲まれた要素で構成される第2の制御部11b4を有している。すなわち、第1の制御部11b3は、上記DC電源回路11b1に接続された、制御プログラムや制御データが記憶された記憶部(メモリー)及び制御プログラムや制御データに基づき演算処理する中央演算装置(CPU)等からなる制御回路11b2並びに電動機駆動回路11b8とで構成されている。また、第2の制御部11b4は、上記DC電源回路11b1に接続された充電部11b6、当該充電部11b6に接続された発振回路11b7及び電動機駆動回路11b8とで構成されている。上記外部電源16及び後述する充電部11b6に接続された電動機駆動回路11b8は、制御回路11b2又は発振回路11b7から出力された開閉指令信号S1又は緊急時開閉指令信号S3に基づき主電動機17を駆動する電流を制御する回路であり、第1の制御部11b3及び第2の制御部11b4で共有する回路である。 The control means 11b of this embodiment has a first control unit 11b3 composed of elements surrounded by a two-dot chain line and a second control unit 11b4 composed of elements surrounded by a dotted line. That is, the first control unit 11b3 is composed of a control circuit 11b2 and a motor drive circuit 11b8, which are connected to the DC power supply circuit 11b1 and are composed of a memory unit (memory) in which a control program and control data are stored and a central processing unit (CPU) that performs calculations based on the control program and control data. The second control unit 11b4 is composed of a charging unit 11b6 connected to the DC power supply circuit 11b1, an oscillation circuit 11b7 connected to the charging unit 11b6, and an electric motor drive circuit 11b8. The motor drive circuit 11b8, which is connected to the external power source 16 and the charging unit 11b6 described later, is a circuit that controls the current that drives the main motor 17 based on the opening/closing command signal S1 or the emergency opening/closing command signal S3 output from the control circuit 11b2 or the oscillator circuit 11b7, and is a circuit shared by the first control unit 11b3 and the second control unit 11b4.

第1の制御部11b3は、通常時、つまり外部電源16からの通電時に主電動機17を制御する回路である。すなわち、通電時においては、ポテンショメータ18で検出された出力軸の回転角度は、角度信号S5として制御回路11b2に出力され、制御回路11b2は、入力された角度信号S5を所定のアルゴリズム(プログラム)で処理し、主電動機17の開閉を制御するため算出された開閉指令信号S1を電動機駆動回路11b8へ出力し、主電動機17の回転を制御する。これにより、図2及び図3に示した出力軸11aが回転し、所定の開度となるよう弁体の位置が調整される。 The first control unit 11b3 is a circuit that controls the main motor 17 under normal conditions, that is, when electricity is supplied from the external power source 16. That is, when electricity is supplied, the rotation angle of the output shaft detected by the potentiometer 18 is output to the control circuit 11b2 as an angle signal S5, and the control circuit 11b2 processes the input angle signal S5 using a predetermined algorithm (program) and outputs an opening/closing command signal S1 calculated to control the opening and closing of the main motor 17 to the motor drive circuit 11b8, thereby controlling the rotation of the main motor 17. As a result, the output shaft 11a shown in Figures 2 and 3 rotates, and the position of the valve body is adjusted to a predetermined opening degree.

一方で、図6に示す第2の制御部11b4は、緊急時、つまり停電等で外部電源16からの通電が切れた場合(非通電時)に主電動機17を制御する回路である。すなわち、電池又はキャパシタなどの充電機器である第2の制御部11b4の充電部11b6は、DC電源回路11b1に接続されており、外部電源16の通電時においてDC電源回路11b1から充電される。そして、発振回路11b7は、外部電源16からの通電が切れた場合には、停電監視部11b9から出力される停電信号S4が入力されるよう構成されている。そして、発振回路11b7は、停電信号S4の入力時に、充電部11b6に充電された直流を交流に変換し、緊急時駆動電力S2として電動機駆動回路11b8へ出力するとともに、緊急時開閉指令信号S3を電動機駆動回路11b8へ出力する。これにより、電動機駆動回路11b8は、発振回路11b7から出力された緊急時開閉指令信号S3に基づき主電動機17を駆動する電流を制御し、主電動機17の回転を制御し、図5(b)に示すようにF1(クラッチを切断する力)>F2(クラッチの切断を阻止する力)となるようクラッチを操作するのである。 On the other hand, the second control unit 11b4 shown in FIG. 6 is a circuit that controls the main motor 17 in an emergency, that is, when the power supply from the external power source 16 is cut off (when it is not energized) due to a power outage or the like. That is, the charging unit 11b6 of the second control unit 11b4, which is a charging device such as a battery or a capacitor, is connected to the DC power supply circuit 11b1 and is charged from the DC power supply circuit 11b1 when the external power source 16 is energized. The oscillation circuit 11b7 is configured to receive the power outage signal S4 output from the power outage monitoring unit 11b9 when the power supply from the external power source 16 is cut off. When the power outage signal S4 is input, the oscillation circuit 11b7 converts the DC charged in the charging unit 11b6 to AC and outputs it to the motor drive circuit 11b8 as emergency drive power S2, and also outputs the emergency opening/closing command signal S3 to the motor drive circuit 11b8. As a result, the motor drive circuit 11b8 controls the current that drives the main motor 17 based on the emergency opening/closing command signal S3 output from the oscillator circuit 11b7, controls the rotation of the main motor 17, and operates the clutch so that F1 (the force that disengages the clutch) > F2 (the force that prevents the clutch from being disengaged), as shown in Figure 5 (b).

なお、本実施形態では、図6に示すように、その第2の制御部11b4に、充電部11b6及び発信回路11b7を備え、充電部11b6に充電された電力を駆動源として主電動機17を駆動させる構成としている。そして、第2の制御部11b4は、外部電源16からの通電が切れて非通電となった時に、図5(b)に示すように、付勢手段からの押圧力W1が作用する方向、すなわち付勢手段が付勢する方向と同一方向に、第1のクラッチ部14cを回転させるよう構成されている。 In this embodiment, as shown in FIG. 6, the second control unit 11b4 is equipped with a charging unit 11b6 and a transmitting circuit 11b7, and the main motor 17 is driven by the power stored in the charging unit 11b6. When the second control unit 11b4 is de-energized from the external power source 16, as shown in FIG. 5(b), the second control unit 11b4 is configured to rotate the first clutch unit 14c in the direction in which the pressing force W1 from the biasing means acts, i.e., in the same direction as the biasing direction of the biasing means.

より具体的には、図6に示すように、第2の制御部11b4は、充電部11b6を有している。第2の制御部11b4は、非通電時に、充電部11b6を電源として、図5(b)に示すように、第1のクラッチ部14cが、予め設定された方向とは逆方向(つまり、付勢手段からの押圧力W1が作用する方向)に主電動機17を回転させる緊急時開閉指令信号(信号)S3を主電動機17へ出力し(本実施形態の場合には、電動機駆動回路11b8を介し)、主電動機17を回転せしめるよう構成されている。 More specifically, as shown in Fig. 6, the second control unit 11b4 has a charging unit 11b6. When the second control unit 11b4 is not energized, the charging unit 11b6 is used as a power source, and the first clutch unit 14c outputs an emergency opening/closing command signal (signal) S3 to the main motor 17 (via the motor drive circuit 11b8 in this embodiment) to rotate the main motor 17 in the direction opposite to the preset direction (i.e., the direction in which the pressing force W1 from the biasing means acts), as shown in Fig. 5(b), thereby rotating the main motor 17.

なお、図5(b)に示すように、第2の制御部は、第1のクラッチ部14cが23×10deg/sec以上の回転加速度Acで回転する信号を主電動機へ出力するよう構成されていることが好ましい。このような回転加速度Ac以上で第1のクラッチ14cを回転させることにより、上記した切断メカニズムが有効に発揮され、クラッチ14を円滑に切断状態にすることができる。上記第1のクラッチ部14cの回転加速度Acは、図6に示した停電信号S4の出力時刻を起点とし、第8歯車(13j)に接続されたポテンショメータ18で検出した角度信号S5の変化値とその変化時間を制御回路11b2に記憶しておくことで、確認することができる。 As shown in Fig. 5(b), the second control unit is preferably configured to output a signal to the main motor to rotate the first clutch unit 14c at a rotational acceleration Ac of 23 x 10 6 deg/sec 2 or more. By rotating the first clutch unit 14c at such a rotational acceleration Ac or more, the above-mentioned disconnection mechanism is effectively exerted, and the clutch 14 can be smoothly disconnected. The rotational acceleration Ac of the first clutch unit 14c can be confirmed by storing the change value and the change time of the angle signal S5 detected by the potentiometer 18 connected to the eighth gear (13j) in the control circuit 11b2, starting from the output time of the power failure signal S4 shown in Fig. 6.

なお、第1実施形態の電動アクチュエータでは、図5(b)に示すように、第2の制御部は、主電動機を逆回転させることにより付勢手段が付勢する方向と同一方向に第1のクラッチ部14cを回転せしめ、F1>F2となるようクラッチを操作している。しかしながら、第1のクラッチ部14cが、付勢手段が付勢する方向と同一方向に回転できれば、上記構成に限定されることなく、例えば、上記主電動機とは別に設けた電動機、付勢手段と同様なゼンマイユニット又は流体式(空圧式又は油圧式)駆動機器で、第1のクラッチ部14cを逆回転するよう構成してもよい。 In the electric actuator of the first embodiment, as shown in FIG. 5(b), the second control unit rotates the main motor in the reverse direction to rotate the first clutch portion 14c in the same direction as the biasing means, and operates the clutch so that F1>F2. However, as long as the first clutch portion 14c can rotate in the same direction as the biasing means, the configuration is not limited to the above, and the first clutch portion 14c may be configured to rotate in the reverse direction by, for example, an electric motor provided separately from the main motor, a spring unit similar to the biasing means, or a fluid-type (pneumatic or hydraulic) driving device.

<電動アクチュエータ:第2実施形態>
本発明に係る第2実施形態の電動アクチュエータについて、図7を参照し説明する。なお、図7において、図1~図6を参照し説明した第1実施形態の電動アクチュエータと同様な構成要素には、同一の符号を付しており、詳細な説明を省略する(以下説明する第3~第6実施形態の電動アクチュエータについても同様)。
<Electric actuator: Second embodiment>
An electric actuator according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 7. In Fig. 7, components similar to those of the electric actuator according to the first embodiment described with reference to Figs. 1 to 6 are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted (the same applies to the electric actuators according to the third to sixth embodiments described below).

図7に示す第2実施形態の電動アクチュエータ21は、基本的に、上記第1実施形態の電動アクチュエータと同様に構成されているが、
図7(b)に示すように、F1>F2となるようクラッチを操作するため、第2の制御部は、非通電時に、第2のクラッチ部14eが、付勢手段が付勢する方向と逆方向に回転させるよう構成されている点、
で相違している。
The electric actuator 21 of the second embodiment shown in FIG. 7 is basically configured similarly to the electric actuator of the first embodiment. However,
As shown in FIG. 7B, in order to operate the clutch so that F1>F2, the second control unit is configured to rotate the second clutch unit 14e in a direction opposite to the biasing direction of the biasing means when de-energized.
The differences are as follows:

具体的には、図7(a)に示すように、第2実施形態の電動アクチュエータ21は、付勢手段15が付勢する方向と逆方向のトルクが発生する副電動機21aを有している。そして、上記第1実施形態の電動アクチュエータと同様に、第2の制御部は充電部を有し、当該充電部を電源として、非通電時において、第2のクラッチ部が回転すべき方向、すなわち付勢手段が付勢する方向と逆方向Bc(図7(b)参照)へ副電動機21aを回転させる信号を副電動機21aへ出力し、副電動機21aを回転せしめるよう構成されている。なお、上記第1実施形態の電動アクチュエータと同様に、クラッチ14を円滑に切断するためには、第2の制御部は、第2のクラッチ14eが23×10deg/sec以上の回転加速度Bcで回転する信号を主電動機へ出力するよう構成されていることが好ましい。この回転加速度Bcは、上記第1実施形態の回転加速度Acと同様にして確認することができる。 Specifically, as shown in Fig. 7(a), the electric actuator 21 of the second embodiment has an auxiliary motor 21a that generates a torque in the opposite direction to the direction of the biasing means 15. As with the electric actuator of the first embodiment, the second control unit has a charging unit and is configured to output a signal to the auxiliary motor 21a using the charging unit as a power source to rotate the auxiliary motor 21a in the direction in which the second clutch unit should rotate, i.e., in the opposite direction Bc (see Fig. 7(b)) to the direction of the biasing means when not energized, thereby rotating the auxiliary motor 21a. As with the electric actuator of the first embodiment, in order to smoothly disconnect the clutch 14, it is preferable that the second control unit is configured to output a signal to the main motor to rotate the second clutch unit 14e at a rotational acceleration Bc of 23 x 10 6 deg/sec 2 or more. This rotational acceleration Bc can be confirmed in the same manner as the rotational acceleration Ac of the first embodiment.

かかる第2実施形態の電動アクチュエータ21を有する流量制御装置によれば、上記第2実施形態の電動アクチュエータと同様に、非通電時において、F1>F2となるようクラッチは操作されるため、クラッチは円滑に切断され、開弁状態の場合には閉弁方向へ、閉弁状態の場合には開弁方向へ、弁体は速やかに回転することが可能となる(以下、説明する第3~第6実施形態の電動アクチュエータ31~61についても同様)。なお、非通電時に、第2のクラッチ部、付勢手段が付勢する方向と逆方向に回転させることができれば、電動アクチュエータの構成は、上記に限定されることなく、例えば、副電動機に替え、付勢手段と同様なゼンマイユニット又は流体式(空圧式又は油圧式)駆動機器を適用してもよい。 According to the flow control device having the electric actuator 21 of the second embodiment, as in the electric actuator of the second embodiment, when electricity is not being applied, the clutch is operated so that F1>F2, so that the clutch is smoothly disengaged and the valve body can quickly rotate in the valve closing direction when the valve is open, and in the valve opening direction when the valve is closed (the same applies to the electric actuators 31 to 61 of the third to sixth embodiments described below). Note that, as long as the second clutch portion can be rotated in the direction opposite to the direction of biasing by the biasing means when electricity is not being applied, the configuration of the electric actuator is not limited to the above, and for example, a spring unit or a fluid type (pneumatic or hydraulic) driving device similar to the biasing means may be applied instead of the auxiliary motor.

上記した第1実施形態及び第2実施形態の電動アクチュエータでは、クラッチへ作用する力F1及びF2のうちF2を減少させ、F1>F2の状態を実現するため(図5(b)参照)、第2の制御部は、付勢手段の付勢方向に対し所定の方向へ第1のクラッチ部又は第2のクラッチ部が回転するようクラッチを操作し、クラッチを切断していた。これに対し、以下説明する第3~第6実施形態の電動アクチュエータは、F1を増大させ、F1>F2の状態を実現するため、第2の制御部が、係合状態である係合部及び被係合部のいずれか一方が他方から離隔するようクラッチを操作することにより、クラッチを切断する態様である。 In the electric actuators of the first and second embodiments described above, the second control unit operates the clutch so that the first clutch unit or the second clutch unit rotates in a predetermined direction relative to the biasing direction of the biasing means, thereby disengaging the clutch, in order to reduce F2 out of the forces F1 and F2 acting on the clutch and achieve a state of F1>F2 (see FIG. 5(b)). In contrast, the electric actuators of the third to sixth embodiments described below increase F1, in order to achieve a state of F1>F2, in which the second control unit operates the clutch so that one of the engaging unit and the engaged unit, which are in an engaged state, moves away from the other, thereby disengaging the clutch.

<電動アクチュエータ:第3及び第4実施形態>
本発明に係る第3及び第4実施形態の電動アクチュエータについて、図8を参照し説明する。図8(a)に示す第3実施形態の電動アクチュエータ31は、基本的に、上記第1実施形態の電動アクチュエータと同様に構成されているが、F1>F2となるようクラッチを操作するため、
(1)第1のクラッチ部14c1の係合部14d及び第2のクラッチ部14eの被係合部14fのいずれか一方が他方から離隔するように、第1のクラッチ部14c1又は第2のクラッチ部14eを移動させる離隔手段31aを有する点、
(2)第2の制御部は、非通電時に、離隔手段31aを作動させ、係合状態である係合部14d及び被係合部14fのいずれか一方を他方から離隔させるよう構成されている点
で相違している。これにより、第3実施形態の電動アクチュエータでは、第2の制御部は、離隔手段31aを作動させ、係合状態である係合部14d及び被係合部14fのいずれか一方を他方から離隔させることによりF1を増大し、F1>F2の状態を実現し、クラッチが切断される。
<Electric actuator: third and fourth embodiments>
Electric actuators according to third and fourth embodiments of the present invention will be described with reference to Fig. 8. An electric actuator 31 according to the third embodiment shown in Fig. 8(a) is basically configured in the same manner as the electric actuator according to the first embodiment. However, in order to operate the clutch so that F1>F2,
(1) The clutch mechanism includes a separating means 31a for moving the first clutch portion 14c1 or the second clutch portion 14e so that one of the engaging portion 14d of the first clutch portion 14c1 and the engaged portion 14f of the second clutch portion 14e is separated from the other.
(2) The second control unit is different in that it is configured to operate the separating means 31a when de-energized to separate one of the engaging portion 14d and the engaged portion 14f, which are in an engaged state, from the other. As a result, in the electric actuator of the third embodiment, the second control unit operates the separating means 31a to separate one of the engaging portion 14d and the engaged portion 14f, which are in an engaged state, from the other, thereby increasing F1, achieving a state of F1>F2, and disengaging the clutch.

第3実施形態の電動アクチュエータ31について、より具体的に説明する。電動アクチュエータ31の備える離隔手段31aは、具体的にはソレノイドアクチュエータである。ソレノイドアクチュエータ(離隔手段)31aは、駆動部であるソレノイド軸14b1と、ソレノイド軸14b1を昇降(押引)させる不図示の励磁コイルを有しており、この励磁コイルが、通電により磁力を発生する磁力発生部となっている。そして、ソレノイド軸(駆動部)14b1は、その把持部14s1を介し、第1のクラッチ部14c1の上部に形成された環状の凸部14t1と接続されている。 The electric actuator 31 of the third embodiment will be described in more detail. The separation means 31a of the electric actuator 31 is specifically a solenoid actuator. The solenoid actuator (separation means) 31a has a solenoid shaft 14b1, which is the drive unit, and an excitation coil (not shown) that raises and lowers (pushes and pulls) the solenoid shaft 14b1, and this excitation coil is a magnetic force generating unit that generates magnetic force when electricity is passed through it. The solenoid shaft (drive unit) 14b1 is connected to an annular protrusion 14t1 formed on the upper part of the first clutch portion 14c1 via its grip portion 14s1.

第3実施形態の制御手段は、第1実施形態の制御手段と基本的に同様であるが、第2の制御部が備える充電部は、必要に応じて配置される降圧回路等を介してソレノイドアクチュエータの励磁コイルと接続されている。そして、第2の制御部は、非通電時において、停電監視部から停電信号が入力されると、充電部を電源として、図8(a)に示すソレノイドアクチュエータ(離隔手段)31aの励磁コイル(磁力発生部)を作動させ、ソレノイド軸(駆動部)14b1を介して間接的に第1のクラッチ部14c1を強制的に上昇(移動)させることにより、係合状態である係合部(一方)14dを被係合部(他方)14fから離隔させ、クラッチ34が切断するように構成されている。 The control means of the third embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but the charging section of the second control section is connected to the excitation coil of the solenoid actuator via a step-down circuit or the like that is arranged as necessary. When a power outage signal is input from the power outage monitoring section during non-energization, the second control section uses the charging section as a power source to operate the excitation coil (magnetic force generating section) of the solenoid actuator (separation means) 31a shown in FIG. 8(a), and indirectly forcibly raises (moves) the first clutch section 14c1 via the solenoid shaft (drive section) 14b1, thereby separating the engaged engaging section (one side) 14d from the engaged section (the other side) 14f, and disengages the clutch 34.

なお、第3実施形態の電動アクチュエータ31は、ソレノイドアクチュエータ(離隔手段)31aの励磁コイル(磁力発生部)で発生した磁力により昇降するソレノイド軸(駆動部)14b1を介し間接的に第1のクラッチ部14c1を移動させる例であるが、図8(b)に示す第4実施形態の電動アクチュエータ41のように、非通電時において、ソレノイド軸14bが無負荷(フリー)となった状態で、充電部を電源として、離隔手段41aが有する電磁石(磁力発生部)41bで発生した磁力で第1のクラッチ部14c2を直接的に移動(上昇)させることにより、係合状態である係合部14dを被係合部14fから離隔させ、クラッチ44を切断してもよい。この形態の場合には、第1のクラッチ部14c2は磁性材であり、第1のクラッチ部14c2が挿通する軸14o2は非磁性材であることが好ましい。 The electric actuator 31 of the third embodiment is an example in which the first clutch portion 14c1 is indirectly moved via the solenoid shaft (drive portion) 14b1 which rises and falls due to the magnetic force generated by the excitation coil (magnetic force generating portion) of the solenoid actuator (separating means) 31a. However, as in the electric actuator 41 of the fourth embodiment shown in FIG. 8(b), when the solenoid shaft 14b is in an unloaded (free) state during de-energization, the first clutch portion 14c2 may be directly moved (raised) by the magnetic force generated by the electromagnet (magnetic force generating portion) 41b of the separating means 41a using the charging portion as a power source, thereby separating the engaging portion 14d in the engaged state from the engaged portion 14f and disengaging the clutch 44. In this embodiment, it is preferable that the first clutch portion 14c2 is made of a magnetic material, and the shaft 14o2 through which the first clutch portion 14c2 is inserted is made of a non-magnetic material.

<電動アクチュエータ:第5及び第6実施形態>
本発明に係る第5及び第6実施形態の電動アクチュエータについて、図9を参照し説明する。図9に示す第5実施形態の電動アクチュエータ51は、基本的に、上記第1実施形態の電動アクチュエータと同様に構成されているが、
(1)通電により磁力を発生する磁力発生部14q3を備えた離隔手段51aを有する点、
(2)係合部14d及び被係合部14fの間に介在するよう配置され、磁力により伸張する伸張部材14p3を有する点、
(3)第2の制御部は、非通電時において、充電部を電源として磁力発生部14q3を作動させ、伸張部材14p3を伸張させることにより、係合状態である係合部14d及び被係合部14fのいずれか一方を他方から離隔させるように構成されている点
で、相違している。以下、第5実施形態の電動アクチュエータ51について、詳細に説明する。
<Electric actuator: fifth and sixth embodiments>
An electric actuator according to a fifth and sixth embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 9. The electric actuator 51 according to the fifth embodiment shown in Fig. 9 is basically configured similarly to the electric actuator according to the first embodiment.
(1) The separating means 51a includes a magnetic force generating unit 14q3 that generates a magnetic force when energized.
(2) The extending member 14p3 is disposed between the engaging portion 14d and the engaged portion 14f and extends due to a magnetic force.
(3) The second control unit is configured to operate the magnetic force generating unit 14q3 using the charging unit as a power source when not energized, and to extend the extending member 14p3 to separate one of the engaging portion 14d and the engaged portion 14f, which are in an engaged state, from the other. Hereinafter, the electric actuator 51 of the fifth embodiment will be described in detail.

第5実施形態の電動アクチュエータ51の係合部14dと被係合部14fの間には、弾性部材である圧縮コイルバネ14g3と、中心軸Jに沿う方向に磁力により伸張する伸張部材14p3が配置されている。具体的には、係合部14d及び被係合部14fの各々の半径方向において中央部には、略円柱形状の凹部14u3,14v3が形成されており、対面する係合部14d及び被係合部14fでは、2つの凹部により収納部14w3が形成される。そして、半径方向において当該収納部14w3の外側に圧縮コイルバネ14g3が配置され、圧縮コイルバネ14g3の内側に略円環形状の伸張部材14p3が同芯に配置されている。なお、伸張部材14p3は、磁力により伸張する部材であれば特段の限定はなく、例えば、磁性粉末が分散された弾性部材や磁性片を上端部に有する弾性部材などを使用することができる。また、圧縮コイルバネ14g3自体を磁性材で構成すれば、弾性部材14g3と伸張部材14q3とを兼用することもできる。 Between the engaging portion 14d and the engaged portion 14f of the electric actuator 51 of the fifth embodiment, there are disposed a compression coil spring 14g3, which is an elastic member, and an extension member 14p3, which extends by magnetic force in a direction along the central axis J. Specifically, in the radial center of each of the engaging portion 14d and the engaged portion 14f, approximately cylindrical recesses 14u3 and 14v3 are formed, and in the opposing engaging portion 14d and engaged portion 14f, a storage portion 14w3 is formed by two recesses. Then, in the radial direction, the compression coil spring 14g3 is disposed outside the storage portion 14w3, and the approximately annular extension member 14p3 is disposed concentrically inside the compression coil spring 14g3. Note that there is no particular limitation on the extension member 14p3 as long as it is a member that extends by magnetic force, and for example, an elastic member in which magnetic powder is dispersed or an elastic member having a magnetic piece at the upper end can be used. Furthermore, if the compression coil spring 14g3 itself is made of a magnetic material, it can serve as both the elastic member 14g3 and the tension member 14q3.

上記伸張部材14p3を伸張させる、通電により磁力を発生する磁力発生部14q3は、第1のクラッチ部14c及び第2のクラッチ部14eが挿通する略円管形状の軸14o3の中空部14r3の中に、中心軸Jに沿う方向において伸張部材14p3とほぼ同じ高さとなるよう配置されている。なお、磁力発生部14q3は、通電により磁力を発生する機器であれば特段の限定はなく、例えば周知の電磁石などを適用することができる。また、磁力発生部を永久磁石で構成し、当該永久磁石が中空部14r3の中で昇降可能なように離隔手段を構成し、必要な場合には、伸張部材14p3とほぼ同じ高さとなるよう移動させる構成としてもよい。 The magnetic force generating unit 14q3, which generates a magnetic force when electricity is applied to extend the extension member 14p3, is arranged in the hollow portion 14r3 of the substantially cylindrical shaft 14o3 through which the first clutch portion 14c and the second clutch portion 14e are inserted, so that the magnetic force generating unit 14q3 is at approximately the same height as the extension member 14p3 in the direction along the central axis J. There are no particular limitations on the magnetic force generating unit 14q3 as long as it is a device that generates a magnetic force when electricity is applied, and for example, a well-known electromagnet can be applied. Alternatively, the magnetic force generating unit may be composed of a permanent magnet, and a separating means may be configured so that the permanent magnet can rise and fall within the hollow portion 14r3, and if necessary, the magnetic force generating unit may be configured to move to approximately the same height as the extension member 14p3.

第5実施形態の制御手段は、第1実施形態の制御手段と基本的に同様であるが、第2の制御部が備える充電部は、必要に応じて配置される降圧回路等を介して図9に示す磁力発生部14q3と接続されている。そして、第2の制御部は、非通電時において、停電監視部から停電信号が入力されると、充電部を電源として、磁力発生部14q3を作動させ、伸張部材14p3を伸張させ、第1のクラッチ部14cを上昇(移動)させることにより、係合状態である係合部(一方)14dを被係合部(他方)14fから離隔させ、クラッチ54を切断するように構成されている。 The control means of the fifth embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but the charging unit of the second control unit is connected to the magnetic force generating unit 14q3 shown in FIG. 9 via a step-down circuit or the like that is arranged as necessary. When a power outage signal is input from the power outage monitoring unit during non-energization, the second control unit is configured to operate the magnetic force generating unit 14q3 using the charging unit as a power source, extend the extension member 14p3, and raise (move) the first clutch unit 14c, thereby separating the engaging unit (one side) 14d, which is in an engaged state, from the engaged unit (the other side) 14f and disengage the clutch 54.

なお、第5実施形態の電動アクチュエータ31は、磁力発生部14q3で発生した磁力により伸張部材14p3を伸張させ、第1のクラッチ部14c1を移動させる例であるが、第6実施形態の電動アクチュエータ61のように、磁力発生部14q3を、通電により熱を発生する発熱部14q4に替え、磁力により伸張する伸張部材14p3を、加熱により伸張する伸張部材14p4に替えてもよい。この実施形態の場合には、第2の制御部は、非通電時において、停電監視部から停電信号が入力されると、充電部を電源として、発熱部14q4を作動(発熱)させ、伸張部材14p4を伸張させ、第1のクラッチ部14cを上昇(移動)させることにより、係合状態である係合部14dを被係合部14fから離隔させ、クラッチ54を切断する。 The electric actuator 31 of the fifth embodiment is an example in which the magnetic force generated by the magnetic force generating unit 14q3 extends the extension member 14p3 and moves the first clutch unit 14c1. However, as in the electric actuator 61 of the sixth embodiment, the magnetic force generating unit 14q3 may be replaced with a heat generating unit 14q4 that generates heat when electricity is applied, and the extension member 14p3 that extends by magnetic force may be replaced with an extension member 14p4 that extends by heating. In this embodiment, when a power outage signal is input from the power outage monitoring unit during non-energization, the second control unit uses the charging unit as a power source to operate (generate heat) the heat generating unit 14q4, extend the extension member 14p4, and raise (move) the first clutch unit 14c, thereby separating the engaging unit 14d, which is in an engaged state, from the engaged unit 14f and disengaging the clutch 54.

以下、本発明に係る実施例について説明するが、本発明は下記実施例に限定されない。 The following describes examples of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.

図1に示す弁部12として日立金属製ボールバルブ(型式:SCUH)を組み込んだ流量制御装置10を製作した。流量制御装置10に組み込まれた、上記第1実施形態に係る電動アクチュエータ11の図2及び図3に示す主要な構成要素の仕様は下記のとおりである。
主電動機17 シンクロナスモータ(定格トルク 0.00118N・m、500/600rpm(50Hz/60Hz))
第1歯車(13a) モジュール(m):0.5、歯数(Z):10
第2歯車(13b) 大径歯車 モジュール(m):0.5、歯数(Z):23
小径歯車 モジュール(m):0.5、歯数(Z):15
第3歯車(13c) 大径歯車 モジュール(m):0.5、歯数(Z):26
小径歯車 モジュール(m):0.5、歯数(Z):11
第4歯車(13d) 大径歯車 モジュール(m):0.5、歯数(Z):33
小径歯車 モジュール(m):0.6、歯数(Z):11
第5歯車(13e) 大径歯車 モジュール(m):0.6、歯数(Z):50
小径歯車 モジュール(m):0.8、歯数(Z):28
第6歯車(13f) 大径歯車 モジュール(m):0.8、歯数(Z):53
小径歯車 モジュール(m):0.8、歯数(Z):13
第7歯車(13g) 大径歯車 モジュール(m):0.8、歯数(Z):52
小径歯車 モジュール(m):1、歯数(Z):15
第8歯車(13h) モジュール(m):1、歯数(Z):52
第9歯車(13i) モジュール(m):1、歯数(Z):11
付勢手段 ゼンマイユニット(バネ定数0.25N・m/回、巻上げ時0.75N・m、組付け時0.6N・m)
A flow control device 10 was manufactured incorporating a Hitachi Metals ball valve (type: SCUH) as the valve portion 12 shown in Fig. 1. The specifications of the main components of the electric actuator 11 according to the first embodiment, which is incorporated in the flow control device 10 and shown in Fig. 2 and Fig. 3, are as follows:
Main motor 17: Synchronous motor (rated torque 0.00118N・m, 500/600rpm (50Hz/60Hz))
First gear (13a) Module (m): 0.5, Number of teeth (Z): 10
Second Gear (13b) Large Diameter Gear Module (m): 0.5, Number of Teeth (Z): 23
Small diameter gear Module (m): 0.5, Number of teeth (Z): 15
Third gear (13c) Large diameter gear Module (m): 0.5, Number of teeth (Z): 26
Small diameter gear Module (m): 0.5, Number of teeth (Z): 11
4th Gear (13d) Large Diameter Gear Module (m): 0.5, Number of Teeth (Z): 33
Small diameter gear Module (m): 0.6, Number of teeth (Z): 11
5th Gear (13e) Large Diameter Gear Module (m): 0.6, Number of Teeth (Z): 50
Small diameter gear Module (m): 0.8, Number of teeth (Z): 28
6th Gear (13f) Large Diameter Gear Module (m): 0.8, Number of Teeth (Z): 53
Small diameter gear Module (m): 0.8, Number of teeth (Z): 13
7th Gear (13g) Large Diameter Gear Module (m): 0.8, Number of Teeth (Z): 52
Small diameter gear Module (m): 1, Number of teeth (Z): 15
8th Gear (13h) Module (m): 1, Number of Teeth (Z): 52
9th Gear (13i) Module (m): 1, Number of Teeth (Z): 11
Spring unit (spring constant 0.25 N.m/turn, 0.75 N.m when wound, 0.6 N.m when assembled)

上記使用の電動アクチュエータを使用し、図1に示す弁体12bを全開状態にしたのちに、人為的に外部電源による通電を切って非通電状態とし、図6に示す第2の制御部11b4で、図5(b)に示す第1のクラッチ部14cの回転加速度Acが23×10deg/secとなるよう制御した場合と、18×10deg/secとなるよう制御した場合とで、付勢手段により弁体が全閉状態となるか否かを確認した。前者の場合には、非通電となった直後にクラッチは切断して弁体は全閉状態となったが、後者の場合には、クラッチは切断せず、弁体は全開状態を維持したままであった。 Using the electric actuator described above, the valve element 12b shown in Fig. 1 was fully opened, and then the power supply from the external power source was manually cut off to de-energize it, and it was confirmed whether the valve element was fully closed by the biasing means in two cases: when the rotational acceleration Ac of the first clutch portion 14c shown in Fig. 5(b) was controlled by the second control portion 11b4 shown in Fig. 6 to be 23 x 106 deg/sec2, and when it was controlled to be 18 x 106 deg/ sec2 . In the former case, the clutch was disengaged and the valve element was fully closed immediately after de-energization, but in the latter case, the clutch was not disengaged and the valve element remained fully open.

11(21~61) 電動アクチュエータ
11a 出力軸
11b 回路基板(制御手段)
11b1 DC電源回路
11b2 制御回路
11b3 第1の制御部
11b4 第2の制御部
11b6 充電部
11b7 発振回路
11b8 電動機駆動回路
11b9 停電監視部
11c 第1のベースプレート
11d 下ケース
11e 上ケース
11f 第2のベースプレート
12 弁部
12a 弁箱
12b 弁体
12c シートリング
12d 流路
12e 弁棒
12f 貫通孔部
13a~13k 第1歯車~第11歯車
13m 伝達手段
14 クラッチ
14a ソレノイドアクチュエータ
14b ソレノイド軸
14c 第1のクラッチ部
14d 係合部
14e 第2のクラッチ部
14f 被係合部
14g 弾性部材
14h ブッシュピン
14i 歯部
14j 歯部
14k 凸部
14l 凹部
14m 凹部
14n 凸部
14o 軸
15 付勢手段
15a 回転軸
16 外部電源
17 主電動機
17a 回転軸
18 ポテンショメータ
19 ブレーキ

11 (21 to 61) Electric actuator 11a Output shaft 11b Circuit board (control means)
11b1 DC power supply circuit 11b2 Control circuit 11b3 First control unit 11b4 Second control unit 11b6 Charging unit 11b7 Oscillation circuit 11b8 Motor drive circuit 11b9 Power failure monitoring unit 11c First base plate 11d Lower case 11e Upper case 11f Second base plate 12 Valve unit 12a Valve box 12b Valve body 12c Seat ring 12d Flow path 12e Valve stem 12f Through hole unit 13a to 13k First gear to eleventh gear 13m Transmission means 14 Clutch 14a Solenoid actuator 14b Solenoid shaft 14c First clutch unit 14d Engagement unit 14e Second clutch unit 14f Engaged unit 14g Elastic member 14h Bush pin 14i Tooth portion 14j Tooth portion 14k Convex portion 14l Concave portion 14m Concave portion 14n Convex portion 14o Shaft 15 Pressing means 15a Rotating shaft 16 External power source 17 Main motor 17a Rotating shaft 18 Potentiometer 19 Brake

Claims (14)

流量制御装置の弁体の開閉操作を行う電動アクチュエータであって、
非通電時において、保持トルクが発生する、回転軸を有する主電動機と、
前記弁体に接続された出力軸と、
前記出力軸を介してトルクを入力することにより、開弁方向又は閉弁方向に前記弁体を付勢する、回転軸を有する付勢手段と、
前記主電動機及び前記付勢手段のトルクを前記出力軸へ伝達する、N個(N≧2)の歯車を有する伝達手段と、
前記主電動機の動作を制御する制御手段と、を有し、
前記主電動機の回転軸、前記出力軸、前記付勢手段の回転軸又は前記伝達手段には、通電により接続するとともに、非通電時に力F1で切断するよう構成されたクラッチが組み込まれており、
さらに、前記クラッチには、前記付勢手段から当該クラッチへ伝達されるトルクにより生じる、前記クラッチの切断を阻止する力F2が作用しており、
前記制御手段は、第1の制御部及び第2の制御部を有し、
前記第1の制御部は、前記弁体が閉弁又は開弁する方向に前記主電動機を回転させる信号を前記主電動機へ出力し、前記主電動機を回転せしめ、
前記第2の制御部は、非通電時に、F1>F2となるよう前記クラッチを操作するよう構成されている
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
An electric actuator for opening and closing a valve of a flow control device,
a main motor having a rotating shaft, which generates a holding torque when not energized;
an output shaft connected to the valve body;
a biasing means having a rotating shaft for biasing the valve body in a valve opening direction or a valve closing direction by inputting torque via the output shaft;
A transmission means having N (N≧2) gears for transmitting the torque of the main motor and the biasing means to the output shaft;
A control means for controlling the operation of the main motor,
A clutch is incorporated in the rotating shaft of the main motor, the output shaft, the rotating shaft of the biasing means, or the transmission means, which is configured to be connected when energized and to be disconnected by a force F1 when not energized,
Furthermore, a force F2 that prevents the clutch from being disengaged is applied to the clutch, the force F2 being generated by the torque transmitted from the biasing means to the clutch,
The control means has a first control unit and a second control unit,
The first control unit outputs a signal to the main motor to rotate the main motor in a direction in which the valve body closes or opens, thereby rotating the main motor,
The electric actuator, wherein the second control unit is configured to operate the clutch so that F1>F2 is satisfied when the second control unit is not energized.
前記クラッチは、前記伝達手段を構成する歯車のうち、少なくとも1つの歯車に組み込まれている
請求項1に記載の電動アクチュエータ。
The electric actuator according to claim 1 , wherein the clutch is incorporated in at least one of the gears constituting the transmission means.
前記クラッチは、前記主電動機に接続されるとともに係合部を有する第1のクラッチ部と、前記付勢手段に接続されるとともに前記係合部に係合する被係合部を有する第2のクラッチ部を有し、
前記第2の制御部は、非通電時に、前記第1のクラッチ部が、前記付勢手段が付勢する方向と同一方向に回転するよう構成されている
請求項1又は請求項2に記載の電動アクチュエータ。
the clutch includes a first clutch portion connected to the main motor and having an engaging portion, and a second clutch portion connected to the biasing means and having an engaged portion that engages with the engaging portion,
3. The electric actuator according to claim 1, wherein the second control section is configured such that, when de-energized, the first clutch section rotates in the same direction as the biasing direction of the biasing means.
前記第2の制御部は、充電部を有し、
前記充電部を電源として、非通電時において、前記第1のクラッチ部が回転すべき方向に前記主電動機を回転させる信号を前記主電動機へ出力し、前記主電動機を回転せしめるよう構成されている
請求項3に記載の電動アクチュエータ。
The second control unit has a charging unit,
4. The electric actuator according to claim 3, wherein the charging unit is used as a power source, and when de-energized, the charging unit outputs a signal to the main motor to rotate the main motor in a direction in which the first clutch unit should rotate, thereby rotating the main motor.
前記クラッチは、前記主電動機に接続されるとともに係合部を有する第1のクラッチ部と、前記付勢手段に接続されるとともに前記係合部に係合する被係合部を有する第2のクラッチ部を有し、
前記第2の制御部は、非通電時に、前記第2のクラッチ部が、前記付勢手段が付勢する方向と逆方向に回転するよう構成されている
請求項1又は請求項2に記載の電動アクチュエータ。
the clutch includes a first clutch portion connected to the main motor and having an engaging portion, and a second clutch portion connected to the biasing means and having an engaged portion that engages with the engaging portion,
The electric actuator according to claim 1 or 2, wherein the second control section is configured such that, when de-energized, the second clutch section rotates in a direction opposite to a direction of biasing by the biasing means.
前記付勢手段が付勢する方向と逆方向のトルクが発生する副電動機を有し、
前記第2の制御部は、充電部を有し、
前記充電部を電源として、非通電時において、前記第2のクラッチ部が回転すべき方向に前記副電動機を回転させる信号を前記副電動機へ出力し、前記副電動機を回転せしめるよう構成されていることを特徴とする請求項5に記載の電動アクチュエータ。
a sub-motor that generates a torque in a direction opposite to the direction of the biasing means,
The second control unit has a charging unit,
6. The electric actuator according to claim 5, wherein the charging unit is used as a power source, and when de-energized, the charging unit outputs a signal to the secondary motor to rotate the secondary motor in a direction in which the second clutch unit should rotate, thereby rotating the secondary motor.
前記第2の制御部は、前記第1のクラッチ又は前記第2のクラッチが23×10deg/sec以上の回転加速度で回転する信号を前記主電動機又は前記副電動機へ出力するよう構成されている請求項6に記載の電動アクチュエータ。 7. The electric actuator according to claim 6 , wherein the second control unit is configured to output, to the main motor or the auxiliary motor, a signal that causes the first clutch unit or the second clutch unit to rotate at a rotational acceleration of 23 ×10 deg/sec2 or more . 前記第1のクラッチ部は略円筒形状をなし、その端部に前記係合部を有し、
前記第2のクラッチ部は略円筒形状をなし、その端部に前記被係合部を有し、
前記第1のクラッチ部と前記第2のクラッチ部とは同軸に配置され、
前記係合部には、前記第1のクラッチ部の中心軸周りにおいて、複数の凹部と凸部とが所定の間隔で配置されており、
前記被係合部には、前記第2のクラッチ部の中心軸周りにおいて、前記係合部の複数の凹部及び凸部に係合するよう形成された、複数の凹部及び凸部が形成されており、
前記係合部及び前記被係合部の各々の複数の凸部は、前記第1のクラッチ部の中心軸に沿う方向において先端が縮小する形状であるとともに、前記第1のクラッチ部の中心軸周りにおいて、その両側面が同一の角度で傾斜した面であり、
前記係合部及び前記被係合部が係合したとき、前記係合部の複数の凸部及び前記被係合部の複数の凸部は、前記第1のクラッチの中心軸周りにおいて、全て接触していることを特徴とする請求項3乃至7のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。
the first clutch portion is substantially cylindrical in shape and has the engaging portion at an end thereof,
the second clutch portion is substantially cylindrical and has the engaged portion at an end thereof,
The first clutch portion and the second clutch portion are coaxially arranged,
The engaging portion has a plurality of recesses and protrusions arranged at predetermined intervals around a central axis of the first clutch portion,
The engaged portion is formed with a plurality of recesses and protrusions around a central axis of the second clutch portion, the recesses and protrusions being formed to engage with the plurality of recesses and protrusions of the engaging portion,
a plurality of protruding portions of the engaging portion and the engaged portion each have a shape in which a tip thereof is tapered in a direction along a central axis of the first clutch portion, and both side surfaces of the protruding portions are inclined at the same angle around the central axis of the first clutch portion;
The electric actuator according to any one of claims 3 to 7, characterized in that when the engaging portion and the engaged portion are engaged, the multiple convex portions of the engaging portion and the multiple convex portions of the engaged portion are all in contact around the central axis of the first clutch portion .
前記クラッチは、前記主電動機に接続されるとともに係合部を有する第1のクラッチ部と、前記付勢手段に接続されるとともに前記係合部に係合する被係合部を有する第2のクラッチ部を有し、
さらに、前記電動アクチュエータは、前記係合部及び前記被係合部のいずれか一方が他方から離隔するように前記第1のクラッチ部又は前記第2のクラッチ部を移動させる離隔手段を有し、
前記第2の制御部は、非通電時に、前記離隔手段を作動させ、係合状態である前記係合部及び前記被係合部のいずれか一方を他方から離隔させるよう構成されていることを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。
the clutch includes a first clutch portion connected to the main motor and having an engaging portion, and a second clutch portion connected to the biasing means and having an engaged portion that engages with the engaging portion,
Furthermore, the electric actuator has a separating means for moving the first clutch portion or the second clutch portion so that one of the engaging portion and the engaged portion is separated from the other,
The electric actuator according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the second control unit is configured to operate the separating means when not energized, thereby separating one of the engaging portion and the engaged portion, which are in an engaged state, from the other.
前記離隔手段は、
通電により磁力を発生する磁力発生部と、
必要に応じて配置される、前記第1のクラッチ部又は前記第2のクラッチ部と接続され、前記磁力発生部で駆動される駆動部とを有し、
さらに、前記第2の制御部は、充電部を有し、
前記第2の制御部は、非通電時において、前記充電部を電源として前記磁力発生部を作動させ、直接的に又は前記駆動部を介して間接的に前記第1のクラッチ部又は前記第2のクラッチ部を移動させることにより、係合状態である前記係合部及び前記被係合部のいずれか一方を他方から離隔させるように構成されていることを特徴とする請求項9に記載の電動アクチュエータ。
The separating means is
a magnetic force generating unit that generates a magnetic force when energized;
a drive unit that is connected to the first clutch unit or the second clutch unit and is driven by the magnetic force generating unit, the drive unit being disposed as necessary;
Furthermore, the second control unit has a charging unit,
The electric actuator according to claim 9, characterized in that the second control unit is configured to operate the magnetic force generating unit using the charging unit as a power source when not energized, and to move the first clutch unit or the second clutch unit directly or indirectly via the drive unit, thereby separating one of the engaging unit and the engaged unit, which are in an engaged state, from the other.
前記離隔手段は、通電により磁力を発生する磁力発生部を有し、
前記電動アクチュエータは、前記係合部及び前記被係合部の間に介在するよう配置され、磁力により伸張する伸張部材を有し、
さらに、前記第2の制御部は、充電部を有し、
前記第2の制御部は、非通電時において、前記充電部を電源として前記磁力発生部を作動させ、前記伸張部材を伸張させることにより、係合状態である前記係合部及び前記被係合部のいずれか一方を他方から離隔させるように構成されていることを特徴とする請求項9に記載の電動アクチュエータ。
The separating means has a magnetic force generating unit that generates a magnetic force when energized,
the electric actuator has an extension member disposed between the engaging portion and the engaged portion and extending by a magnetic force;
Furthermore, the second control unit has a charging unit,
The electric actuator according to claim 9, characterized in that the second control unit is configured to operate the magnetic force generating unit using the charging unit as a power source when not energized, and to extend the extension member, thereby separating one of the engaging portion and the engaged portion, which are in an engaged state, from the other.
前記離隔手段は、通電により熱を発生する発熱部を有し、
前記電動アクチュエータは、前記係合部及び前記被係合部の間に介在するよう配置され、加熱により伸張する伸張部材を有し、
さらに、前記第2の制御部は、充電部を有し、
前記第2の制御部は、非通電時において、前記充電部を電源として前記発熱部を作動させ、前記伸張部材を伸張させることにより、係合状態である前記係合部及び前記被係合部のいずれか一方を他方から離隔させるように構成されていることを特徴とする請求項9に記載の電動アクチュエータ。
The separating means has a heat generating portion that generates heat when energized,
the electric actuator has an expansion member that is disposed between the engaging portion and the engaged portion and expands when heated,
Furthermore, the second control unit has a charging unit,
The electric actuator according to claim 9, characterized in that the second control unit is configured, when not energized, to operate the heating unit using the charging unit as a power source and extend the extension member, thereby separating one of the engaging unit and the engaged unit, which are in an engaged state, from the other.
前記付勢手段が発生するトルクをTA、当該付勢手段から前記出力軸を介してトルクが伝達することにより前記伝達手段を構成するN個の歯車に生じるトルクを各々TB(B=1~N)としたとき、前記クラッチは、TB/TAが0.2以下の歯車に組み込まれていることを特徴とする請求項2乃至12のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。 The electric actuator according to any one of claims 2 to 12, characterized in that the clutch is incorporated in a gear with a TB/TA ratio of 0.2 or less, where TA is the torque generated by the biasing means and TB (B = 1 to N) is the torque generated in each of the N gears constituting the transmission means by the torque being transmitted from the biasing means via the output shaft. 請求項1乃至13のいずれか1項に記載の電動アクチュエータを備える流量制御装置。 A flow control device comprising an electric actuator according to any one of claims 1 to 13.
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