JP4574209B2 - バルブ用アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、ボールバルブ、バタフライバルブ等の開閉弁などに搭載されるバルブ用アクチュエータに関し、配線等の作業性を飛躍的に向上させると共に、アクチュエータの仕様に応じて、電子部品を実装したモジュール基板の交換を容易に行い得るようにしたコンパクトなバルブ用アクチュエータに関する。

アクチュエータの駆動には、電動モータ、リミットスイッチ、コンデンサ等の電気部品への電力供給が必要であり、このため、アクチュエータには、外部に設置されている電源等からの電線を接続するため、端子台を設ける必要がある。例えば、図９に示すように、アクチュエータ本体４０のベース体４１上に、電動モータ４２、リミットスイッチ４３、コンデンサ４４等の電気部品と共に、電動モータ４２等の電気部品の電線４５と、外部の電源等の電線４６を電気的に接続する端子台４７を配置している。

しかし、端子台４７をベース体４１上に配設すると、電源や制御盤からの電線４６の配線作業時に、アクチュエータ本体４０からカバー４８を取り外さなければならないため、配線作業は面倒であり、また、配線作業終了後、アクチュエータ本体４０にカバー４８を取り付ける際、アクチュエータ本体４０とカバー４８との間に装着されるＯリング５０を正確に装着しないと、アクチュエータ内部の気密性が損なわれるおそれがあった。そこで、これらの問題を解決するものとして、以下に示すものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、実開平７−４２８９０号公報（特許文献１）は、電動モータ、リミットスイッチ、コンデンサ等の電気部品とは別の場所であるアクチュエータ本体側部に端子台を配置し、これを端子ボックスで被蓋して、この端子ボックスより制御線を引き出している。
実開平７−４２８９０号公報（第３頁、第７図）

しかしながら、実開平７−４２８９０号公報（特許文献１）は、アクチュエータ本体の側部に端子ボックスを設けているので、アクチュエータ自体が大きくなってしまい、アクチュエータの設置スペースを広く確保しなければならず、また、配管に接続されたバルブをメンテナンスする際、作業者がアクチュエータ本体の側部に張り出した端子ボックスを足場にして作業を行うことがあり、端子ボックス損傷の一因となっていた。さらに、アクチュエータ本体と端子ボックスの嵌合面が垂直方向となっているので、嵌合面に装着されたガスケットが劣化した場合、嵌合面に生じた隙間から雨水等がアクチュエータ本体に浸入するおそれがあり、また、電源や制御盤からの電線を結束した制御線を端子ボックスのカバーに固定しているので、端子ボックスのカバーを制御線にぶら下げた状態で配線作業を行わなければならず、作業に支障があった。

また、上記した特許文献をはじめ、従来のアクチュエータは、端子台や端子台を固定している基板を取り外して、リレー、スピードコントローラ、ＡＣ／ＤＣコンバータ等の部品を組み込む必要があり、組立作業が面倒であると共に、それに伴う作業スペースを確保する必要があった。しかも、組立作業時に基板を取り付けている止めネジ等の部品を紛失してしまうおそれがあった。

本発明は、上記した実情に鑑み、鋭意検討の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、ボールバルブ、バタフライバルブ等の開閉弁などに搭載するためのバルブ用アクチュエータであって、配線等の作業性を飛躍的に向上させると共に、アクチュエータの仕様に応じて、電子部品を実装したモジュール基板の交換を容易に行い得るようにし、長期に亘り、安全に使用することができ、コンパクト化、並びに各種バルブへの共通化とコストの削減化を可能にしたバルブ用アクチュエータを提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ベース体と、ベース体に配設された電動モータと、電動モータからの回転力を出力軸に減速して伝達する減速機構等からなるバルブ用アクチュエータにおいて、前記電動モータ等の電気部品の電線と外部の電源等の電線を電気的に接続する端子台をモジュール基板に実装し、前記ベース体の下面に配設された端子ボックスに蓋体で被蓋する開口部を設け、この開口部に設けた基板固定ネジに前記モジュール基板の両縁部に形成した案内孔を係合した状態で、前記モジュール基板を前記端子ボックス内へ水平方向に差し込み自在に設け、かつ差し込みすると同時に位置決めし、さらに、前記基板固定ネジで前記モジュール基板を固定したバルブ用アクチュエータである。

請求項２に係る発明は、前記モジュール基板に形成された案内孔の差し込み側端部には、基板固定ネジの頭部径より大径であるネジ孔を有しており、このネジ孔に基板固定ネジが位置したときに、モジュール基板の取り付け・取り外しを行い得るようにすると共に、端子ボックス本体の奥部面に形成された突起部と２本の基板固定ネジとで、水平方向に差し込まれたモジュール基板を位置決め固定するようにしたバルブ用アクチュエータである。

請求項３に係る発明は、前記端子ボックス本体の適宜箇所に、端子ボックス本体と前記端子台との短絡を防止するための絶縁板を着脱自在に設けたバルブ用アクチュエータである。

本発明によると、端子台への配線作業を行う際に、アクチュエータカバーを取り外すことなく、配線作業を完了させることができると共に、アクチュエータの仕様に応じて、リレー、スピードコントローラ、ＡＣ／ＤＣコンバータ等の電子部品を実装したモジュール基板の交換を容易に行うことができ、さらに、各種バルブへの共通化とコストの削減化が可能となる。ベース体下面の空きスペースに端子ボックスを配設することで、アクチュエータ全体をコンパクトにすることができ、各種のアクチュエータのサイズに対応し、モジュール化することが可能となる。

しかも、端子台が実装されたモジュール基板をスライドガイド自在に設けているので、アクチュエータの施工現場で配線作業を行う場合であっても、端子台を取り外すことなく、配線作業を容易に行うことができ、さらに、基板固定ネジと案内孔との係合領域を、例えば、モジュール基板の引き出しによる断線の起きない領域に設定することで、安全性を確保することが可能となる。また、アクチュエータの仕様に応じて、電子部品を実装したモジュール基板を交換する場合であっても、アクチュエータの施工現場で交換作業を容易に行うことができる。

さらに、基板固定ネジの操作とモジュール基板のスライド操作のみで、モジュール基板の取り付け・取り外し、並びに位置決め固定を行うことができ、従って、モジュール基板の案内孔と基板固定ネジとを係合させながら差し込むのみで、モジュール基板を適正位置に配置することができ、この状態で基板固定ネジを締め付けるのみで、確実に端子ボックス内に位置決め固定することが可能となる。位置決め固定されたモジュール基板は、端子ボックス内に強固に保持され、電動モータ特有の振動等の影響を受けることはなく、また、基板固定ネジを緩めることで、モジュール基板はスライド自在となり、基板固定ネジを完全に取り外す必要なく、モジュール基板の交換を容易に行うことができ、これにより、ネジ等の部品の紛失を防ぐことが可能である。

また、端子台への配線作業等を通電状態で行わなければならない場合、万が一、端子台の止めネジに当接したドライバー工具が端子ボックスに接触したとしても短絡することなく、安全に作業を行うことができる。

図１は、本発明であるバルブ用アクチュエータの一例を示す分離斜視図であり、図２は、本発明であるバルブ用アクチュエータの一例を示す断面図である。同図に示すバルブ用アクチュエータ１は、ベース体２と、ベース体２上に配設される電動モータ３と、電動モータ３の回転軸に設けたピニオンギヤ４と、ピニオンギヤ４と噛合する中間歯車５と、中間歯車５と噛合する歯車であって、出力軸と同軸上に配設される入力歯車６と、前記電動モータ３からの回転力を減速する減速機構７と、減速機構７によって減速された回転力により回転する出力軸８と、出力軸８の上部に設けたカム９と、カム９により開閉操作されるリミットスイッチ１０と、コンデンサ１１、及びヒータ１２等の構成部品をカバー本体１ａ内に収容しており、前記ベース体２の下面には端子ボックス１３を配設して、カバー本体１ａ内の電気部品の電線１４と、外部の電源等（図示しない）の電線１５を電気的に接続する端子台１６を実装したモジュール基板１７を、この端子ボックス１３に着脱自在に内蔵している。なお、カバー本体１ａ内に収容される電動モータ３等の構成部品は、電動モータ３からの回転力を減速して出力軸８に伝達可能な構造であればよく、本実施形態に限定するものではない。

本実施形態では、減速機構の一例として、後述する内接噛合遊星歯車減速機構を内蔵したバルブ用アクチュエータに適用しており、図２に示すように、端子ボックス１３は、ベース体２の下面であって、電動モータ３の下方位置であると共に、内接噛合遊星歯車減速機構７（以下、歯車減速機構７という）の側方位置のスペースに配設され、これにより、異なる出力のアクチュエータであっても共用可能なモジュール部品としている。勿論、本例の取付位置は一例であり、これに限定することなく、ベース体２の下面や側面であって、アクチュエータ全体をコンパクト化できればよく、実施に応じて任意である。

本例の端子ボックス１３はダイカスト鋳物であり、図１及び図２に示すように、端子ボックス本体１３と端子ボックス本体１３の開口部１３ａを被蓋する蓋体１８等から構成されている。端子ボックス本体１３の両側部内面には、開口部１３ａから奥部面１３ｂの近傍にかけて、基板案内溝１３ｃ，１３ｃが略水平に形成されており、モジュール基板１７は、この基板案内溝１３ｃ，１３ｃに沿って、端子ボックス本体１３内を水平方向にスライドする。また、開口部側であって、基板案内溝１３ｃ，１３ｃの延長線上には、後述するモジュール基板１７の案内孔１７ａ，１７ａと係合する２本の基板固定ネジ１９，１９を設けており、モジュール基板１７をスライドガイドすると共に、このモジュール基板１７を端子ボックス１３内に固定する。この基板固定ネジ１９，１９は、図２に示すように、端子ボックス本体１３の開口部１３ａより蓋体１８側に突出した位置に配置しており、モジュール基板１７の着脱を容易にしている。

また、奥部面１３ｂの下方中央位置には、モジュール基板１７の差し込み側端部上面に圧接する、本例ではアール面を有した突起部１３ｄを形成しており、この突起部１３ｄと２本の基板固定ネジ１９，１９とで、基板案内溝１３ｃ，１３ｃに沿って差し込まれたモジュール基板１７を位置決め固定する。なお、突起部１３ｄの形状や成形位置は任意であって、例えば、モジュール基板１７の下面と圧接するように設けることもできる。また、開口部側の上部には、端子ボックス本体１３と後述するモジュール基板１７に実装された端子台１６との短絡を防止するための絶縁板２０を、開口部１３ａの端面から蓋体１８側に突設するよう、着脱自在に設けている。

図３は、モジュール基板を内蔵した端子ボックス本体の正面図である。本例の端子台１６は、カバー本体１ａ内の電気部品の電線１４と、外部の電源等の電線１５を電気的に接続する樹脂製の中継端子台であり、同図に示すように、外部の電源等の電線１５と接触して電力を伝達する金属端子部１６ａと、電線１５を金属端子部１６ａに押し付ける電線押し板１６ｂと、締め付け固定する止めネジ１６ｃと、絶縁及び端子の保護のための樹脂ケース１６ｄとから構成されている。金属端子部１６ａの一部はモジュール基板１７に半田付けされ、モジュール基板１７上の配線パターンと金属端子部１６ａとを電気的に接続している。無論、この端子台１６は一例であって、その他の形状・構造を有する端子台を採用してもよい。

図４は、モジュール基板の平面図であり、同図に示すように、前記端子台１６や、リレー２１、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２、スピードコントローラ（図示しない）等の電子部品が実装された、本例では樹脂製（例えば、ガラスエポキシ樹脂、ＣＥＭ３）のモジュール基板１７の両縁部には、端子ボックス１３に設けた２本の基板固定ネジ１９，１９と係合する案内孔１７ａ，１７ａが形成されており、この案内孔１７ａ，１７ａの差し込み側端部には、基板固定ネジ１９の頭部径より大径であるネジ孔１７ｂ，１７ｂを設けている。このネジ孔１７ｂ，１７ｂと基板固定ネジ１９，１９との位置が一致したときに、モジュール基板１７の取り付け・取り外しが行い得るようにしており、一例を示すと、基板固定ネジＭ３（頭部径φ６ｍｍ）に対して、案内孔の幅を３．４ｍｍ、ネジ孔の孔径をφ６．５ｍｍのように設定する。モジュール基板の板厚として、例えば、１．６ｍｍとしてもよく、任意に設定することができる。また、基板固定ネジ１９と案内孔１７ａとの係合領域は、モジュール基板１７の両縁部に形成されているため、モジュール基板１７の中央領域に接続される電気配線を切断するおそれがなく、安全性を確保することを可能にしている。

次に、端子ボックス１３及びモジュール基板１７の取付手順について説明する。
図５は、中継基板の一例を示した概略図であり、図６及び図７は、モジュール基板の取付手順を示した概略説明図である。図１に示すように、端子ボックス本体１３と、ベース体２の下面である端子ボックス取付位置との間にガスケット２３を装着し、六角穴付きボルト等の固定部材２４を、端子ボックス本体１３の雌ネジ部１３ｅとベース体２の雌ネジ部（図示しない）に螺合して取り付ける。図１に示すように、カバー本体１ａ内に収容された電気モータ３、リミットスイッチ１０、コンデンサ１１、ヒータ１２等の電気部品の電線１０ａ，１１ａ等は、その先端にコネクタのソケット（図示しない）を取り付けている。この電線１０ａ，１１ａ等を、例えば、ベース体２の周縁部位に形成された配線収容溝（図示しない）を経由し、図１及び図５に示すように、カバー本体１ａ内に収容された中継基板２５上に、各電気部品に一対一に対応するよう配置されたコネクタのプラグ２５ａ〜２５ｆに前記ソケットを差し込んで接続する。対応する部品としては、例えば、プラグ２５ａはヒータ１２に、２５ｂはインターロック（図示しない）に、２５ｃは電動モータ３に、２５ｄは補助リミットスイッチ（図示しない）に、２５ｅはポテンショメータ（図示しない）に、２５ｆはリミットスイッチ１０に、２５ｇはコンデンサ１１に対応している。

更に中継基板２５上の配線パターンにて、複数のコネクタのプラグ２５ａ〜２５ｆとそれぞれ電気的に接続された配線１４ａ（１４），１４ｂ（１４）は、その先端にコネクタ１４ｃ，１４ｄを取り付け、図２に示すように、端子ボックス１３と連通した配線引出口２ａ、及び端子ボックス１３の配線引入口１３ｆを介して、端子ボックス本体１３へと引き入れた後、開口部１３ａから外方へ向けて引き出す。ここで、配線１４ａ，１４ｂは複数の電気部品を集約するように接続しており、例えば、配線１４ａ（コネクタ１４ｃ）は、電動モータ３、リミットスイッチ１０、コンデンサ１１、ヒータ１２に接続され、配線１４ｂ（コネクタ１４ｄ）は、オプション部品として、補助リミットスイッチやポテンショメータなどの電気部品に接続される。このように、端子ボックス１３内へ引き込む配線、コネクタを集約することにより、配線スペースを小さくでき、端子ボックス１３をコンパクト化できると共に、電動モータ３やコンデンサ１１等、カバー本体１ａ内に収容された電気部品に仕様変更が生じた際には、中継基板２５や端子ボックス１３の蓋体１８を取り外すことなく、個々の電気部品を交換の上、中継基板２５へのコネクタ接続により、仕様変更を容易に行うことができる。

次いで、図６に示すように、端子台１６等の電子部品を実装したモジュール基板１７を用意し、モジュール基板１７上の配線パターンと電気的に接続したコネクタ２６のプラグに、カバー本体１ａ内からのコネクタ１４ｃ，１４ｄのソケットを差し込んで接続する。接続が完了した後、モジュール基板１７を端子ボックス１３に取り付ける。図７に示すように、先ず、基板固定ネジ１９，１９を緩めてネジ頭部を所定の高さに合わせる。モジュール基板１７の板厚にもよるが、緩める量は半回転から１回転程度でよい。この状態で基板固定ネジ１９，１９とモジュール基板１７に設けたネジ孔１７ｂ，１７ｂとの位置を一致させて、モジュール基板１７を基板固定ネジ１９に係合し、基板案内溝１３ｃ，１３ｃに沿って、奥部面１３ｂに設けた突起部１３ｄに当接するまで、スライドさせながら差し込む。この際、モジュール基板１７は、案内孔１７ａ，１７ａの縁部を基板固定ネジ１９，１９の頭部によって係止された非着脱状態（仮の位置決め状態）となり、案内孔１７ａ，１７ａが基板固定ネジ１９，１９に係合したスライドガイド自在となっている。突起部１３ｄによりモジュール基板１７は最終的に位置決めされ、その後、基板固定ネジ１９，１９を締め付けて固定する。

次いで、アクチュエータの施工現場で配線作業を行う場合には、外部の電源等の電線１５を端子台１６に接続する。図３に示すように、端子ボックス本体１３の側部に設けた電線管接続口１３ｇから、外部からの電線１５を端子ボックス本体１３内に引き入れ、開口部１３ａから端子台１６の前方に引き出す。端子台１６は開口部１３ａより露出しており、この端子台１６の金属端子部１６ａと電線押し板１６ｂとの間に電線１５の先端部を差し込んで接触させた後、止めネジ１６ｃを締め付けて金属端子部１６ａと電線押し板１６ｂとで電線１５を挟持固定する。配線終了後、ガスケット２７を装着し、開口部１３ａを蓋体１８で被蓋し、バルブ用アクチュエータの駆動準備が完了する。図中２８は、端子ボックス本体１３と蓋体１８とを取付固定するネジ等の固定部材であり、図中２９は、端子ボックス本体１３にアース線（図示しない）を取り付けるための止めネジである。

交換等でモジュール基板１７を取り外す場合には、端子ボックス本体１３から蓋体１８を取り外し、端子台１６に結線された外部からの電線１５を取り外した後、基板固定ネジ１９，１９を緩めてモジュール基板１７をスライド自在にして、モジュール基板１７を開口部側へ引き出し、ネジ孔１７ｂ，１７ｂと基板固定ネジ１９，１９との位置を一致させて、端子ボックス１３からモジュール基板１７を取り外す。次いで、モジュール基板１７のコネクタ２６，２６とカバー本体１ａからのコネクタ１４ｃ，１４ｄとの接続を解除する。なお、モジュール基板１７を開口部側に引き出す際には、基板固定ネジ１９が案内孔１７ａの差し込み側端部に設けられたネジ孔１７ｂの内壁に当接するので、モジュール基板１７の過度な引き出しを阻止し、モジュール基板１７に接続された電線の断線を防ぐことができる。さらに、モジュール基板１７の取り付けや取り外しに際しては、基板固定ネジ１９を取り外す必要がないため、その紛失を防ぐことができる。

開口部側の上部には、端子ボックス本体１３と端子台１６との短絡を防止するための絶縁板２０を着脱自在に設けており、同一電源で複数のアクチュエータを制御するシステムのメンテナンス等、端子台１６への結線作業等を通電状態で行わなければならない場合、万が一、端子台１６の止めネジ１６ｃに接触したドライバー工具（図示しない）が端子ボックス１３に接触しても短絡することはなく、ブレーカやヒューズの作動によりシステム全体が停止してしまうことなく、安全に作業を行うことができる。

次に、本実施形態において採用した内接噛合遊星歯車減速機構７について説明すると、図２に示すように、内接噛合遊星歯車減速機構７は、出力軸８と同軸上に配設されており、その構成は入力歯車６が挿入固着される偏心体３０と、偏心体３０を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車３１と、ベース体２などの固定側に固定され、前記外歯歯車３１と内接噛合する内歯歯車３２と、前記外歯歯車３１の揺動回転から自転回転を取り出して出力軸８に伝える回転伝達機構３３と、回転伝達機構３３を介して連結された出力軸８とから構成されている。

前記偏心体３０は、出力軸８に対し、ベアリング３４を介して相対回転可能に配置されており、図８に示すように、偏心した偏心部３０ａの中心は出力軸８から偏心量ｅだけ偏心している。偏心体３０の偏心部３０ａ外周部位にはベアリング３５を設けており、このベアリング３５を介して外歯歯車３１が回転自在に設けられている。外歯歯車３１は、外周にトロコイド系歯形３１ａを有しており、外歯歯車３１と内接噛合する内歯歯車３２はベース体２に固定され、外歯歯車３１と相隣接する内周に円弧歯形３２ａを有している。また、前記回転伝達機構３３は、外歯歯車３１に形成された複数の内ピン孔３１ｂと、内ピン孔３１ｂ内を遊嵌する内ピン３６と、内ピン３６を一体又は別体に形成したピンフランジ３７とから構成されており、このピンフランジ３７は、出力軸８に取付固定されている。

本実施形態のように、ベース体２に配設された電動モータ３からの回転力を減速して出力軸８へ伝達する手段として、内接噛合遊星歯車減速機構７を出力軸８と同軸上に配設することで、ベース体２上にも、その他の電気部品等を配設するための有効スペースを確保することができ、しかも、小さなスペースで大きな減速比を得ることが可能なアクチュエータとすることができる。

本発明におけるバルブ用アクチュエータの一例を示す分離斜視図である。 本発明におけるバルブ用アクチュエータの一例を示す断面図である。 モジュール基板を内蔵した端子ボックス本体の正面図である。 モジュール基板の一例を示した平面図である。 中継基板の一例を示した概略図である。 モジュール基板の取付手順を示した概略説明図である。 モジュール基板の取付手順を示した概略説明図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 従来例を示した参考斜視図である。

１ バルブ用アクチュエータ
２ ベース体
３ モータ（電動モータ）
７ 歯車減速機構（内接噛合遊星歯車減速機構）
８ 出力軸
１３ 端子ボックス
１３ａ 開口部
１３ｂ 奥部面
１３ｄ 突起部
１４，１４ａ，１４ｂ 電線
１５ 電線
１６ 端子台
１７ モジュール基板
１７ａ 案内孔
１７ｂ ネジ孔
１９ 基板固定ネジ
２０ 絶縁板

Claims (3)

1. ベース体と、ベース体に配設された電動モータと、電動モータからの回転力を出力軸に減速して伝達する減速機構等からなるバルブ用アクチュエータにおいて、前記電動モータ等の電気部品の電線と外部の電源等の電線を電気的に接続する端子台をモジュール基板に実装し、前記ベース体の下面に配設された端子ボックスに蓋体で被蓋する開口部を設け、この開口部に設けた基板固定ネジに前記モジュール基板の両縁部に形成した案内孔を係合した状態で、前記モジュール基板を前記端子ボックス内へ水平方向に差し込み自在に設け、かつ差し込みすると同時に位置決めし、さらに、前記基板固定ネジで前記モジュール基板を固定したことを特徴とするバルブ用アクチュエータ。
2. 前記モジュール基板に形成された案内孔の差し込み側端部には、基板固定ネジの頭部径より大径であるネジ孔を有しており、このネジ孔に基板固定ネジが位置したときに、モジュール基板の取り付け・取り外しを行い得るようにすると共に、端子ボックス本体の奥部面に形成された突起部と２本の基板固定ネジとで、水平方向に差し込まれたモジュール基板を位置決め固定するようにした請求項１に記載のバルブ用アクチュエータ。
3. 前記端子ボックス本体の適宜箇所に、端子ボックス本体と前記端子台との短絡を防止するための絶縁板を着脱自在に設けた請求項１又は２に記載のバルブ用アクチュエータ。

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