JP2012127931A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 出力軸の回動の駆動力として伝達されるべき減速歯車の回転力が、出力軸を傾かせる力として作用しても、回転角検出装置の本体とシャフトの適正な角度（略直角）を保ちながら保持する。
【解決手段】 保持具２５は、回転角検出装置２０を装着する装着部２５ｂと、ベース部１１に締結される締結部２５ａと、装着部２５ｂと締結部２５ａとの間に、一対の軸受部２２の軸受中心を結ぶ仮想直線に対する出力軸１５の傾きに応じて変位する受動部２５ｃとを有し、受動部２５ｃの変位に応じて装着部２５ｂを変位させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば流体配管における弁体を所定の角度範囲で回動することにより、流路断面積を連続的に変化させ、その弁体を流れる流体の流量を制御することのできる電動アクチュエータに関するものである。

従来、このような弁体を回動するための電動アクチュエータとして、弁体に接続され、所定の角度だけ回動するように内蔵したモータからの駆動力をその弁体に伝達する出力軸と、その出力軸の角度情報を得るためのポテンショメータのシャフトとが一対の歯車を介して連結された構成が知られていた（例えば、特許文献１参照）。

この先行技術によれば、出力軸は、プレート状のベース部の下方で所定の間隔をおいて離間配置された一対の軸受部によりベース部の上下面に対して直交する方向に回動軸心を有するように取り付けられている。

その出力軸は、一対の軸受部により回動可能に軸支されているが、一対の歯車を介してポテンショメータと連結させることにより、出力軸からポテンショメータに対して所望の減速又は増速の変換に対応して歯車比を適宜選択することができる。

これにより、出力軸が９０°回転式と多回転式のいずれの場合であっても、一対の歯車を除いて電動アクチュエータを共用することができる。

さらに、一対の歯車を介さずに出力軸とポテンショメータを直結することにより、前述した一対の歯車から生じるバックラッシュが少なくなり弁体の回転角度の計測精度を改善した構成も知られていた（例えば、特許文献２参照）。

その従来の技術を、図５を参照しながら説明する。

図５において、電動コントロール弁１０１は、配管（図示せず）に設置されたボール弁１０２（バルブ）と、その開閉操作を行う電動操作ユニット１０３を有する。

また、ボール弁１０２（二方弁）は、一端から他端に向かって流体が流動する本体１２１とその内部に固設された一対の弁座１２２と、外周面が弁座１２２に当接する略球体状の弁体１２３と、弁体１２３を約９０°の範囲で回動する弁棒１２４を有している。

電動操作ユニット１０３は、一端側（下端）がそれと同軸に連結された出力軸１３１を有している。

また、出力軸１３１は、その中間部においてベース１４１に設けられた軸受１３３とプレート１４２に設けられた軸受１３４によりプレート１４２に回転自在に支持されている。

そして、モータ１０５の回転力が一乃至複数の減速歯車１０６ａ〜１０６ｅを介して出力軸１３１に固定された駆動歯車１３２に伝達されるため、モータ１０５の出力は増力されて出力軸１３１が回転駆動される。

これにより、弁体１２３の開閉動作を円滑に行うことができる。

また、制御基板１０７は、プレート１４２に立設された複数（例えば、２つ）のステイ１４４で支持され、出力軸１３１は制御基板１０７を突き抜けるような長さを有する。

さらに、出力軸１３１の反負荷側である一端側（上端）には、その回転角度を検出してバルブの全開位置及び全閉位置を含む現在開度に対応する角度データを取得するためのポテンショメータ１０９が直結されている。

これにより、前述したような一対の歯車から生じるバックラッシュがなくなるため、回転角度の検出精度を高めることができる。

そして、ポテンショメータ１０９において、金属製摺接子の設けられた可変側端子は、出力軸１３１によって抵抗体の上を回動するため、その可変側端子を制御回路１０８に接続することにより、現在角度データに応じた電気信号を制御回路１０８に入力することができる。

さらに、回転角度を検出するためのシャフトを支持するベアリングを内蔵し、そのシャフトの回動と連動して抵抗体と連続的に摺接するブラシを有し、そのブラシの位置に応じた電圧出力により回転角度の検出を行う抵抗体式の回転センサも知られていた（例えば、特許文献３参照）。

特開平５−１４１５５８号公報 特開２００９−１１５２２０号公報 特開平６−１８５９７５号公報

しかしながら、従来技術のように出力軸の反負荷側にポテンショメータのシャフトが直結された構成の電動アクチュエータにおいては、弁体が閉じようとする動きが阻害されるような過負荷が出力軸に加わると、モータから出力軸に伝達された回転力が出力軸を傾かせようとする力として作用するため、出力軸の傾きがポテンショメータのシャフトの傾きにも直接影響し易いという課題を有していた。

例えば、弁体と流体配管との間に異物が挟まった場合や弁体自体の変形等により弁体がスムーズに開閉しない、所謂過負荷の場合においては、弁体に接続された出力軸が回動し難くなった分、モータから一乃至複数の減速歯車を介して出力軸の回動の駆動力として伝達されるべき力の大部分が、減速歯車から出力軸に固定された駆動歯車に対してその出力軸を傾かせようとする力として作用する。

一方、出力軸が滑らかに回動するように、あらかじめ出力軸と、それを軸支する一対の軸受部との間又はそれぞれの軸受部とその軸受部を格納する格納部との間の径方向にはそれぞれわずかな隙間が設定されているため、前述した状況になると一対の軸受部の軸受中心を結ぶ仮想直線に対して出力軸が傾く原因となっていた。

そして、ポテンショメータの本体は制御基板等に実装されしっかりと固定されているため、その本体に対しては出力軸に直結されたポテンショメータのシャフトにも同様の傾きが生じることとなる。

したがって、出力軸が傾くとポテンショメータの本体下部の下面とシャフトを適正な角度（例えば略直角、以下同じ）で維持することが困難であった。

その結果、そのシャフトの傾きによりポテンショメータの本体の抵抗体とシャフトに連動したブラシとの摺接状態が変化し、正確な回転角度の計測精度が得られないという課題があった。

また、ポテンショメータが、抵抗式ではなく、磁気センサがシャフトに取り付けられた様式であっても、その本体とシャフトが適正な角度を保つことを前提として設計されているため、同様の課題があった。

また、いずれの様式であっても、本体に対してそのシャフトはベアリングを介して摺動可能に取り付けられているため、出力軸が傾くとそれに直結されたシャフトもベアリングに対して偏心して片当たりするため、そのベアリングやシャフトに摩耗が生じ短寿命化する懸念も生じていた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、出力軸の傾きに応じて回転角検出装置を変位させることのできる保持具を備えた電動アクチャエータを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電動アクチュエータは、ベース部と、そのベース部に対して直交する方向に回動または回転の軸心を有する出力軸と、ベース部の下方で出力軸を回動または回転可能に軸支するように所定の間隔をおいて離間配置された一対の軸受部と、出力軸の反負荷側に接続され、出力軸の回転変位を検出する回転角検出装置と、その回転角検出装置を支持する保持具とを備えた電動アクチェータであって、保持具は、一対の軸受部の軸受中心を結ぶ仮想直線に対して出力軸が所定の角度以上に傾いた場合、その傾きに応じて変位する受動部と、その受動部と連動することにより、回転角検出装置の本体を変位させる装着部と、を有することを特徴としている。

この構成によれば、弁体の閉じようとする動きを阻害するような過負荷が出力軸に加わり、モータから出力軸に伝達された回転力が出力軸を傾かせようとする力として作用しても、出力軸の傾きが回転角検出装置のシャフトの傾きに直接影響し難いという効果が得られる。

つまり、モータから一乃至複数の減速歯車を介して出力軸の回動の駆動力として伝達されるべき力の大部分が、減速歯車から出力軸に固定された駆動歯車に対して出力軸を傾かせようとする力として作用し、出力軸が傾いてもその傾きの大きさに応じて回転角検出装置も変位するため、回転角検出装置の本体に対するシャフトの傾きが軽減される。

すなわち、回転角検出装置は、保持具により本体とシャフトの適正な角度を保ちながら保持される。

その結果、回転角検出装置の本体の抵抗体とシャフトに連動したブラシとの摺接状態が変化することが少なくなるため、より正確な回転角度の計測精度が得られる。

そして、シャフトが片当たりすることによるシャフトやベアリングの摩耗が少なくなり、短寿命化の懸念も少なくなる。

また、本発明の電動アクチュエータは、前記構成に加え、保持具の装着部は、受動部の変位に応じて、回転角検出装置の本体と、出力軸の反負荷側に接続された回転角検出装置のシャフトとの角度を、出力軸が所定の角度以上に傾く前の状態に保つように回転角検出装置の本体を変位させることが好ましい。

これにより、回転角検出装置は、保持具により本体とシャフトの適正な角度を保ちながら保持される。

その結果、回転角検出装置の本体の抵抗体とシャフトに連動したブラシとの摺接状態が変化することが少なくなるため、より正確な回転角度の計測精度が得られる。

そして、シャフトが片当たりすることによるシャフトやベアリングの摩耗が少なくなり、短寿命化の懸念も少なくなる。

また、本発明の電動アクチュエータは、前記構成に加え、保持具は、ベース部に締結される締結部と、装着部と締結部の間を連結する弾性部材とを有し、その弾性部材の中間部分に受動部を備えたことが好ましい。

この構成によれば、装着部と締結部とが弾性部材によって連結されているので、出力軸の傾きに応じて容易に装着部を変位させることができるのに加え、出力軸の過負荷が解消されれば傾きのない通常の状態に復元させることも容易となる。

つまり、電動アクチュエータの作動時において、出力軸のわずかな傾きに応じて受動部を介し保持具が復元可能にたわむことにより、回転角検出装置は、本体とシャフトの適正な角度を保ちながら保持される。

また、本発明の電動アクチュエータは、前記構成に加え、保持具は、少なくとも３箇所において折り曲げ部を有する平板状の金属部材から構成され、一方端の折り曲げ部が締結部を構成し、他方端の折り曲げ部が装着部を構成し、中間部分を開口した折り曲げ部が受動部を構成することが好ましい。

この構成によれば、平板状の金属部材を所定の折り曲げ加工することで容易に簡素な保持具を製作できる。

また、受動部を構成するため、金属部材の中間部分を開口した折り曲げ部を設けたことにより、主平板が傾くようにたわむ方向の弾性だけでなく、主平板が捻れるような方向の弾性も得やすくなるため、出力軸の傾きに応じて受動部がより変位し易くなるという効果が得られる。

本発明の電動アクチュエータによれば、回転角検出装置の本体とシャフトの適正な角度を保ちながら保持できる保持具を備えた電動アクチャエータを提供できる。

本発明の実施の形態における電動アクチュエータの部分断面図 本発明の実施の形態における保持具の全体斜視図 本発明の実施の形態における保持具の実装状態を示す部分断面図 （ａ）駆動歯車と減速歯車に対して保持具の受動部の変位する方向を示す概略平面図、（ｂ）駆動歯車と減速歯車の噛み合い状態を示す部分拡大概略図 従来の電動コントロール弁の断面図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

ここで、図１は、本発明の実施の形態における電動アクチュエータの部分断面図で、図２は、本発明の実施の形態における保持具の全体斜視図で、図３は、本発明の実施の形態における保持具の実装状態を示す部分断面図で、図４（ａ）は、駆動歯車と減速歯車に対して保持具の受動部の変位する方向を示す概略平面図で、図４（ｂ）は、駆動歯車と減速歯車の噛み合い状態を示す部分拡大概略図である。

まず、図１で示したように、電動アクチュエータ１０において、水平方向に広がるプレート状のベース部１１は、水平方向に配置されている。

そして、ベース部１１の外周部の段差部分と上カバー部１３との間には、可撓性を有するガスケット１２が挟み込まれているため、外部との密閉性が良好に保たれている。

また、ベース部１１は、例えばＡＤＣ（アルミダイキャスト）又はＳ４５Ｃ（炭素の添加量が０．４５％の炭素鋼）等の比較的剛性の高い素材で形成されており、その上部に配置されたモータ１４や下部に配置された減速歯車３２（図４（ａ）参照）等が相互に連動するように所定の強度を有している。

そして、ベース部１１の中央からやや左側には丸い開口１１ａ（図３参照）が形成され、ベース部１１の上下面に対して直交する方向（垂直方向）に回動軸心を有する出力軸１５が回動可能に挿通されている。

ここで、ケーブルコネクタ１６に接続されたケーブル１７の入力端子（図示せず）に対して、外部の交流電源から所定の電力が供給されると、その電力が２点鎖線で示した電源基板１８を介して所定の電圧に変換された後にコントロールパネル１９に供給される。

そうすると、モータ１４は、外部からケーブル１７とは異なる別ケーブル（図示せず）から入力される制御信号に応じて正転又は逆転の所定の回転駆動力を発生する。

次に、モータ１４の回転駆動力は、モータ１４の回転軸（図示せず）に直結されたモータ歯車３１（図４（ａ）参照）に伝達される。

次に、モータ歯車３１の回転駆動力は、ベース部１１の下方に配置された前述の減速歯車３２（図４（ａ）参照）を介し、最終的に出力軸１５に直結された駆動歯車３０（図４（ａ）参照）に伝達される。

その際、モータ１４の回転駆動力は、モータ歯車３１、減速歯車３２及び駆動歯車３０の組み合わせやそれらの歯車比に応じて所定のトルクまで増大され、最終的に出力軸１５まで伝達される。

これにより、出力軸１５の負荷側（図１では下方側）に接続される弁体（図示せず）等を回動する駆動力に変換される。

一方、出力軸１５の反負荷側（図１では上方側）には、回転角検出装置２０のシャフト２０ａ（図３参照）がカップリング部材２８（図３参照）を介して接続（直結と称する）されているため、その出力軸１５の回転角度の変位を精度良く検出できるようになっている。

そして、回転角検出装置２０は、シャフト２０ａの回転角度の変位に応じた電圧又は電流信号をコントロールパネル１９に出力する。

次に、コントロールパネル１９は、回転角検出装置２０から出力された電圧又は電流信号と外部から別ケーブルを介して入力された制御信号に応じて、所定の処理がなされ、最終的に出力軸１５の所望の回動制御を行っている。

また、コントロールパネル１９の周囲は、絶縁カバー２１で取り囲まれているので、起動中の振動などの影響による電気的かつ機械的な接触を未然に防止できるようになっている。

ここで、破線で示した上下に並ぶ一対の軸受部２２は、いずれもベース部１１の下方に位置し、出力軸１５の軸心がベース部１１の上下面に対して直交する位置を確保できるように、例えば３０ｍｍ〜１００ｍｍの所定の間隔をおいて離間配置されている。

これにより、出力軸１５は、一対の軸受部２２により、それらの軸受中心を結ぶ仮想直線Ｌ１（一点鎖線の直線）を回動軸心として、回動可能に軸支される。

一方、保持具２５は、回転角検出装置２０のシャフト２０ａ（図３参照）が出力軸１５の回動軸心上（仮想直線Ｌ１上）に位置するように回転角検出装置２０の本体を支持している。

また、保持具２５の下部に位置する締結部２５ａ（図２参照）は、横に並ぶ２つの固定ネジ２６により２箇所がベース部１１の上面に締結されている。

これにより、保持具２５は、その長手方向（上下方向）が出力軸１５の回動軸心（仮想直線Ｌ１）と平行になるようにベース部１１の上部に固定される。

以上の構成により、出力軸１５の反負荷側と回転角検出装置２０のシャフト２０ａを同軸心上で接続させることが可能となっている。

加えて、保持具２５は、回転角検出装置２０を、その本体とシャフト２０ａの適正な角度（例えば、略直角）を保ちながら保持している。

その結果、回転角検出装置２０の本体内の抵抗体とシャフト２０ａに連動したブラシとの摺接状態の変化が少なくなるため、シャフト２０ａの回転角度の変位を回転角検出装置２０により精度良く検出できるようになっている。

また、オペレータは、開度表示部２３を観察することにより、出力軸１５の開度の状態を容易に感知できる。

これにより、オペレータは、外部から電力や制御信号が与えられない状態であっても、ベース部１１の下方へ突出するように取り付けられた手動操作軸２４を手動で回しながら出力軸１５の開度を調整できる。

したがって、出力軸１５の負荷側に接続された弁体のメンテナンスやトラブル処置にも容易に対応できる。

次に、図２を参照して保持具２５の基本構成について説明する。

まず、保持具２５は、その長手方向（上下方向）の直交断面形状が、板厚が１．０〜２．６ｍｍで、幅が２０．０〜６０．０ｍｍの矩形となるよう、平板状の金属部材から構成されている。

そして、保持具２５は、少なくとも３箇所において折り曲げ部を有し、下方端の折り曲げ部が締結部２５ａを構成し、上方端の折り曲げ部が回転角検出装置２０の本体を装着する装着部２５ｂを構成し、中間部分を開口した折り曲げ部が受動部２５ｃを構成している。

ここで、受動部２５ｃは、装着部２５ｂと締結部２５ａとの中間部分に備えられているが、弾性部材である主平板２５ｄに一体的に形成されている。

また、これら３つの折り曲げ部は、長手方向（上下方向）に伸張する主平板２５ｄに対していずれも略直角に折り曲げられ、その付け根部分は塑性変形されているので、いずれにおいてもその折り曲げ角度が保たれている。

なお、装着部２５ｂと受動部２５ｃは、同一の方向に折り曲げられているが、締結部２５ａは、その方向に対して真反対の方向に折り曲げられている。

特に、受動部２５ｃは、装着部２５ｂと締結部２５ａを連結する主平板２６ｄの一部分が上向きのコの字状に切断され、その部分が主平板２５ｄから切り離され直角に折り曲げられるため、その折り曲げ加工と同時に矩形の開口部２５ｅが形成される。

この開口部２５ｅを形成することにより、主平板２５ｄの幅方向の両側に、その直交断面形状における幅方向の長さと板厚方向の長さの比が１：１〜３：１の範囲となる矩形の連結部２５ｆが設けられることになる。

そして、締結部２５ａには、前述した固定ネジ２６（図１及び図３参照）が挿通される締め孔２５ｇが２箇所に形成されている。

さらに、装着部２５ｂには、回転角検出装置２０の本体を嵌挿するための円形開口部２５ｈが設けられ、受動部２５ｃには、例えば割りブッシュ等の摺接部材２７（図３参照）を圧入するための円形開口部２５ｉが設けられている。

なお、保持具２５の金属素材としては、例えばＳＥＣＣ（亜鉛めっき）鋼板やばね用ステンレス鋼が好ましく、このような金属素材を選択することにより、主平板２５ｄと連結部２５ｆにおいて所定の弾性が得られるとともに、孔空けや折り曲げ等のプレス加工も容易となっている。

また、保持具２５に対して出力軸１５を傾かせるような比較的大きな力が作用しても弾性部材としての機能を有効に発揮できる。

換言すれば、出力軸１５が所定の角度以上に傾いた場合、出力軸１５の傾きに応じて受動部２５ｃが変位し、受動部２５ｃと連動する装着部２５ｂを変位させることができる。

加えて、出力軸１５を傾かせる力が解除される（過負荷が解消される）と、倒れのない自然の状態に復元させることも容易となる。

すなわち、装着部２５ｂは、受動部２５ｃと連動することにより、主平板２５ｄの弾性変形により締結部２５ａを支点として振り子の動作のように受動部２５ｃと同じ方向に変位し、出力軸１５を傾かせる力が解除される（過負荷が解消される）と主平板２５ｄの復元力により変位前の元の位置に自然に戻る。

また、前述したように受動部２５ｃは、装着部２５ｂと締結部２５ａとの間を連結する弾性部材である主平板２５ｄの中間部分を開口した折り曲げ部により構成されている。

したがって、主平板２５ｄは、その幅方向の両側に、弾性部材の連結部２５ｆも有することになり、主平板２５ｄが倒れるように傾く方向だけでなく、主平板２５ｄが長手方向（上下方向）を仮想中心軸として捻れるような方向の弾性も得やすくなる。

これにより、保持具２５が平板状の金属部材であっても、弾性を有する方向の範囲が拡がり、出力軸１５が所定の角度以上に傾いた場合、その傾きに応じて受動部２５ｃが変位し易くなるという効果が得られる。

以上述べたように、出力軸１５に過負荷が与えられると、モータ１４から減速歯車３２を介して出力軸１５を回動する駆動力として伝達されるべき力の大部分が、減速歯車３２から出力軸１５に固定された駆動歯車３０に対して出力軸１５を傾かせようとする力として作用する。

そして、出力軸１５が所定の角度以上に傾いたとしても、受動部２５ｃと連動して装着部２５ｂが変位するため、その傾きに応じてその回転角検出装置２０の本体を変位させることができる。

これにより、回転角検出装置２０の本体に対するシャフト２０ａ（図３参照）の傾きが軽減される。

つまり、電動アクチュエータ１０の作動時において、出力軸１５が所定の角度以上に傾いた場合、その傾きに応じて受動部２５ｃを介し保持具２５の主平板２５ｄが復元可能にたわむことにより、回転角検出装置２０は、保持具２５により、本体とシャフト２０ａが適正な角度を保ちながら保持される。

なお、本実施の形態における回転角検出装置２０の本体とシャフト２０ａの適正な角度とは、出力軸１５が所定の角度以上に傾く前の状態における角度であって、本体下面とシャフト２０ａの回動軸心との角度が略直角となる角度である。

次に、図３を参照し、保持具２５の実装状態とその作用について詳細に説明する。

ここで、保持具２５の断面をハッチングで示したが、保持具２５は、下方に位置する締結部２５ａの下面がベース部１１の上面と接触した状態で、２つの締め孔２５ｇ（図２参照）に挿通された固定ネジ２６により強固にベース部１１に締結されている。

その結果、保持具２５は、その長手方向（上下方向）が出力軸１５の回動軸心と平行になるようにベース部１１の上部に立設される。

一方、上方に位置する装着部２５ｂの円形開口部２５ｈ（図２参照）には、回転角検出装置２０の本体下部２０ｂが嵌挿された状態で、雄ねじ部２０ｃにナット２０ｄが螺合されて締め付けられている。

その際、回転角検出装置２０の本体とナット２０ｄとの間に、装着部２５ｂとその真下に嵌挿されるゆるみ止め用のワッシャ類が併せて挟着されるため、回転角検出装置２０が装着部２５ｂに対して強固に締結される。

また、受動部２５ｃには、前述したように円形開口部２５ｉ（図２参照）が予め形成され、その円形開口部２５ｉに、例えば下方端に鍔の付いた割りブッシュ等の摺接部材２７が圧入により嵌合されている。

また、回転角検出装置２０の本体下部２０ｂから突出したシャフト２０ａの下方端面と、出力軸１５の反負荷側の上方端面とを当接させ、シャフト２０ａと出力軸１５のそれぞれをセットビス（図示せず）でカップリング部材２８に固定することにより、シャフト２０ａと出力軸１５が同じ回動軸心上で接続（直結ともいう）される。

さらに、カップリング部材２８の中央からやや下がった部分には、上下方向の位置を規制するためのＣリング２９がその外周凹部に嵌挿されている。

そして、カップリング部材２８は、摺接部材２７の内周側に摺接するように配置されている。

ここで、例えば摺接部材２７を構成する割りブッシュの全長を７ｍｍ、内径をφ１２ｍｍと設定すれば、その内径とカップリング部材２８の外径との寸法差を１μｍ〜２２μｍに設定するのが好ましい。

通常、出力軸１５は、一対の軸受部２２と出力軸１５との公差等により０．０８度〜０．８度の範囲で傾くと想定されるが、これは摺接部材２７の下端部が例えば矢印Ｍの方向に約４０μｍ〜４００μｍの長さで変位するのに相当する。

このため、摺接部材２７の内径とカップリング部材２８の外径との寸法差を上述した範囲に設定することにより、出力軸１５の傾きが０．０８度〜０．８度の範囲であっても、その傾きに応じて受動部２５ｃを十分に変位させることが可能となっている。

また、保持具２５において、締結部２５ａから装着部２５ｂまでの全高Ｈを５０ｍｍと設定すれば、その全高に対して締結部２５ａから受動部２５ｃまでの高さｈは、全高Ｈの５０％〜７０％の範囲に設定するのが好ましい。

この範囲であれば、保持具２５において受動部２５ｃと装着部２５ｂは、主平板２５ｄの弾性変形により締結部２５ａを支点として振り子の動作のように同一方向に変位するが、出力軸１５を傾かせる力が解除される（過負荷が解消される）と主平板２５ｄの復元力により変位前の元の位置に自然に戻る。

なお、本図でも明らかなように、出力軸１５が例えば矢印Ｍで示した方向に倒れるように傾くと、カップリング部材２８も同じ方向に変位して、カップリング部材２８と摺接部材２７が摺接（滑りながら接触）するため、出力軸１５を傾かせる力によって受動部２５ｃもほぼ同じ方向に変位する。

なお、両者間の摺接がスムーズに行われるためには、摺接部材２７の素材として、モリブデンコーティング剤や銅系ポーラス材等を選択するのが好ましく、カップリング部材２８の素材としてはそれよりも硬度の高いＳＳ４００、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼を選択するのが好ましい。

以上のような構成にすることにより、一対の軸受部２２の軸受中心を結ぶ仮想直線Ｌ１（図１参照）に対して、出力軸１５が所定の角度以上に傾いた場合、出力軸１５の傾きに応じて受動部２５ｃが変位し、その変位に応じて装着部２５ｂも連動して変位する。

すなわち、電動アクチュエータ１０の作動時において、出力軸１５が所定の角度以上に傾いた場合、その出力軸１５を傾かせようとする力がカップリング部材２８から摺接部材２７に作用し、その傾きの大きさや方向に応じて受動部２５ｃを介し保持具２５の主平板２５ｄが倒れる方向や捻れる方向へ弾性変形するため、装着部２５ｂも受動部２５ｃとほぼ同じ方向に変位する。

これにより、保持具は、回転角検出装置２０を、その本体とシャフト２０ａの適正な角度を保ちながら保持できる。

次に、図４（ａ）、（ｂ）を参照して、前述した出力軸１５に固定された駆動歯車３０とそれに噛み合う減速歯車３２の配置に対する受動部２５ｃの変位する方向を説明する。

本図においては、出力軸１５に固定された駆動歯車３０とそれと噛み合う減速歯車３２は、いずれも平歯車であって、それらと受動部２５ｃの変位方向の位置関係を上方から見た概略図で示している。

図４（ａ）で示したように、例えば図示しない弁体が閉じられる際においては、モータ１４の回転軸に直結されたモータ歯車３１は矢印で示した時計方向に回転し、その回転駆動力は、反時計方向に回転する減速歯車３２を介し、出力軸１５の駆動歯車３０を時計方向に回動する駆動力として伝達される。

ここで、一点鎖線で示した仮想直線Ｌ２は、駆動歯車３０と減速歯車３２のそれぞれの軸心を同一直交断面上で結ぶ直線であり、この仮想直線Ｌ２に対し、受動部２５ｃの変位する方向を矢印Ｔで示した。

これらモータ歯車３１、減速歯車３２及び駆動歯車３０は、いずれも図１で示した一対の軸受部２２に挟まれた空間に配置されているため、出力軸１６の負荷側に弁体を介して過負荷が加わると、モータ１４から出力軸１５に伝達された回転力が出力軸１５を傾かせようとする力として作用するため、出力軸１５の負荷側を支点とした傾きが生じる。

ここで、仮想直線Ｌ２を基準とした場合に、出力軸１５の傾きによる受動部２５ｃの変位方向（矢印Ｔの方向）の角度θは、最大で図４（ｂ）で示した反時計回りの減速歯車３２とそれと噛み合う時計回りの駆動歯車３０の噛み合い圧力角α（仮想直線Ｌ２と直線Ｌ３の間の角度）に相当するため、０度から噛み合い圧力角αの範囲に収まる。

なお、噛み合い圧力角αとは、歯面の一点（普通はピッチ点）において、その半径線と歯形への接線（直線Ｌ３）とのなす角であって、これを図４（ｂ）に示している。

つまり、平歯車の場合であれば、噛み合い圧力角αは２０度であるため、出力軸１５が所定の角度以上に傾いた場合における受動部２５ｃの変位方向の角度θは、０度から２０度の範囲に存在することになる。

一方、保持具２５においては、二点鎖線で示した直線Ｌ４に沿った方向において、最も効率よく、倒れるように傾く方向の弾性が得られる。

しかしながら、前述したように主平板２５ｄの中間部分に開口部２５ｅが形成され、その幅方向の両側に連結部２５ｆを有するため、主平板２５ｄが捻れる方向の弾性も得られ易くなっているため、矢印Ｔの方向においても十分な弾性を有している。

以上のように、モータ１４から減速歯車３２を介して出力軸１５の回動の駆動力として伝達されるべき力の大部分が、減速歯車３２から出力軸１５に固定された駆動歯車３０に対して出力軸１５を傾かせようとする力として作用し、出力軸１５が所定の角度以上に傾いた場合、その傾きに応じて、効率よく受動部２５ｃを変位させることができる。

したがって、保持具２５は、回転角検出装置２０を、その本体とシャフト２０ａの適正な角度を保ちながら保持できるため、その分だけ回転角検出装置２０の本体に対するシャフト２０ａの傾きが軽減される。

その結果、回転角検出装置２０の本体の抵抗体とシャフト２０ａに連動したブラシとの摺接状態が変化することが少なくなるため、より正確な回転角度の計測精度が得られる。

また、シャフト２０ａが片当たりすることによるシャフト２０ａやベアリング（図示せず）の摩耗が少なくなり、短寿命化の懸念も少なくなる。

なお、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変形が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的な手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態の変形例についても本発明の技術的範囲に含まれるものとする。

例えば、本実施の形態の説明においては、ボールバルブ等のバルブステム９０°回転形の場合について説明したが、ダイヤフラムバルブ等のバルブステム多回転形に適用することができる。

そのため、出力軸が回動又は回転のいずれの動作であっても適用可能である。

また、出力軸の反負荷側に回転角検出装置のシャフトを接続する方法として、前述したようにカップリング部材のような接合金具を介して出力軸とシャフトを連結する以外に、例えばかしめ、溶接、接着など他のあらゆる方法を用いてもよい。

また、本実施の形態における保持具の装着部、受動部及び締結部は、いずれも長手方向（上下方向）に伸張する保持具の主平板に対していずれも略直角に折り曲げられ、全体として一体成形されているが、それぞれを別部材で構成し、接合金具、かしめ、溶接、接着などの方法で連結してもよい。

さらには、本実施の形態における保持具は、平板状の金属部材の事例で説明したが、所望の効果が得られるのであれば、それ以外の形状や樹脂などの素材であってもよいし、その一方端が必ずしもベース部に締結される必要もない。

本発明にかかる電動アクチュエータは、例えば流体配管における弁体を所定の角度範囲で回動することにより、流路断面積を連続的に変化させ、その弁体を流れる流体の流量を制御することのできる電動アクチュエータとして有用である。

１０ 電動アクチュエータ
１１ ベース部
１１ａ 開口
１２ ガスケット
１３ 上カバー部
１４ モータ
１５ 出力軸
１６ ケーブルコネクタ
１７ ケーブル
１８ 電源基板
１９ コントロールパネル
２０ 回転角検出装置
２０ａ シャフト
２０ｂ 本体下部
２０ｃ 雄ねじ部
２０ｄ ナット
２１ 絶縁カバー
２２ 一対の軸受部
２３ 開度表示部
２４ 手動操作軸
２５ 保持具
２５ａ 締結部
２５ｂ 装着部
２５ｃ 受動部
２５ｄ 主平板
２６ｅ 開口部
２５ｆ 連結部
２５ｇ 締め孔
２５ｈ、２５ｉ 円形開口部
２６ 固定ネジ
２７ 摺接部材
２８ カップリング部材
２９ Ｃリング
３０ 駆動歯車
３１ モータ歯車
３２ 減速歯車
Ｍ、Ｔ 矢印
Ｌ１、Ｌ２ 仮想直線
Ｌ３、Ｌ４ 直線
Ｈ 全高
ｈ 高さ
θ 角度
α 噛み合い圧力角

Claims (4)

1. ベース部と、そのベース部に対して直交する方向に回動または回転の軸心を有する出力軸と、前記ベース部の下方で前記出力軸を回動または回転可能に軸支するように所定の間隔をおいて離間配置された一対の軸受部と、前記出力軸の反負荷側に接続され、前記出力軸の回転変位を検出する回転角検出装置と、その回転角検出装置を支持する保持具とを備えた電動アクチェータであって、
   前記保持具は、前記一対の軸受部の軸受中心を結ぶ仮想直線に対して前記出力軸が所定の角度以上に傾いた場合、その傾きに応じて変位する受動部と、
   その受動部と連動することにより、前記回転角検出装置の本体を変位させる装着部と、を有することを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記保持具の前記装着部は、前記受動部の変位に応じて、前記回転角検出装置の本体と、前記出力軸の反負荷側に接続された前記回転角検出装置のシャフトとの角度を、前記出力軸が前記所定の角度以上に傾く前の状態に保つように前記回転角検出装置の本体を変位させることを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
3. 前記保持具は、前記ベース部に締結される締結部と、前記装着部と前記締結部の間を連結する弾性部材とを有し、その弾性部材の中間部分に前記受動部を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の電動アクチェータ。
4. 前記保持具は、少なくとも３箇所において折り曲げ部を有する平板状の金属部材から構成され、一方端の折り曲げ部が前記締結部を構成し、他方端の折り曲げ部が前記装着部を構成し、中間部分を開口した折り曲げ部が前記受動部を構成することを特徴とする請求項３記載の電動アクチェータ。

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