JPH05223789A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 歯車間の摩耗状態を容易に知ることができる
アクチュエータを提供する。 【構成】 モータ８で回転する軸１にウォームギアを設
ける。ウォーム歯車の内側に歯車であるスリーブおよび
ステムを設ける。軸１の回転はウォームギアおよびスリ
ーブを介してステムに伝達される。このアクチュエータ
にパルス発生器、過電流検知部材、カウンタ１０、パル
ス数表示器１２を設ける。パルス発生器はロータリエン
コーダ３で構成する。過電流検知部材は電流センサ９と
パルス形成器１１とで構成する。ロータリエンコーダ３
は軸１の回転量に応じた数のパルスを発生する。モータ
８の過電流を電流センサ９が検知し、このときの出力信
号に基づいてパルス形成器１１がトリガパルスを発生
し、そのタイミングに応じて、カウンタ１０がロータリ
エンコーダ３より受取るパルス数を計数する。カウンタ
１０で計数されたパルス数はパルス数表示器１２で表示
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はアクチュエータに関
し、特に駆動源の回転量を他の回転量または直線移動量
等に変換するアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術およびその問題点】従来、この種のものと
しては、駆動源であるモータの駆動により回転する軸に
複数個の歯車が設けられることにより、軸の回転量が他
の歯車の回転量に変換されるようなアクチュエータが知
られているが、このようなアクチュエータの場合、その
機構上、各歯車間に塵埃等が入り込み易くなっている場
合が多く、そのために各歯車が摩擦して摩耗してしまう
ことがあった。

【０００３】この歯車間に生じた摩耗は、所定の範囲内
であれば差し障りなく動作させることができるが、限界
を越えてしまうと、この摩耗により形成される歯車間の
隙間のために、軸の回転量に応じて得られる歯車の回転
量が設計値と一致しないようになり、正確な移動量を確
保することができなくなってしまう。

【０００４】そこで、歯車間の摩耗が所定の限界を越え
たときに、速やかに歯車を交換することが必要となるた
め、歯車間の摩耗の程度、つまりこの摩耗によって形成
される歯車間の遊びの量を常に観察し計測しなければな
らない。

【０００５】しかしながら、このような従来のアクチュ
エータの場合、歯車間の遊びの量を計測する際には、一
旦電源を切って手動に切り換えたのち、人手で計測作業
を行わなければならず、大変手間を取るものであった。

【０００６】また、この歯車間の遊びの量の計測作業
は、効率を期するために、歯車間の摩耗が所定の限界に
達する直前に行われることが望ましく、そのタイミング
が難しいものであった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
もので、軸の回転量を伝達する各歯車間に生じた摩耗の
状態を容易に検出することのできるアクチュエータを提
供することを目的とする。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】この発明は上記のよう
な問題点を解決するために、第１の発明として、駆動源
により回転する軸に複数個の歯車を設けることにより、
前記駆動源の回転量を伝達するアクチュエータにおい
て、前記軸の回転量に応じた数のパルスを発生するパル
ス発生器と、前記駆動源が軸を起動して前記各歯車を順
次従動する際に流れる過電流を検知し、その検知したタ
イミングに応じて信号を発する過電流検知部材と、前記
パルス発生器のパルスを受け取るとともに、前記過電流
検知部材の所定の信号を受け取ったのち次の信号を受け
取るまでの間のパルス数を計数する計数部材と、この計
数部材により計数されたパルス数を表示するパルス数表
示器とを具え、前記歯車間に生じる摩耗の量を検出する
という手段を採用したものである。また、第１の発明を
含む第２の発明として、前記パルス発生器は、磁気ドラ
ムと磁気センサとで形成されるロータリエンコーダで構
成してあり、また、第１の発明を含む第３の発明とし
て、前記過電流検知部材は、前記駆動源に流れる過電流
を検知する電流センサと、この電流センサの出力に基づ
きトリガパルスを発生するパルス形成器とで構成してあ
るという手段を採用したものである。

【０００９】

【作用】この発明は上記の手段を採用することにより、
パルス数表示器に表示されるパルス数に基づいて、駆動
源の回転量を伝達する各歯車の間に生じた摩耗の程度を
知ることができるようになっている。

【００１０】すなわち、過電流検知部材が、各歯車を従
動させる際に順次駆動源に流れる過電流を検知して、こ
のときの検知信号を計数部材に出力すると、計数部材で
は、過電流検知部材からの出力信号に基づいて、パルス
発生器より送られてくるパルスの数が計数され、この計
数の結果がパルス数表示器で表示されるようになってい
る。

【００１１】この場合、歯車間の摩耗の量が増加する
と、その摩耗によって形成される歯車間の隙間が大きく
なるため、歯車を従動させる際に順次生じるようになっ
ている過電流の間隔が長くなり、過電流検知部材より出
力される信号にタイムラグが生じるようになる。この結
果、計数部材で計数されるパルスの数が、歯車間の摩耗
の量に比例して増加し、これに伴ってパルス数表示器に
表示されるパルス数も増加するため、このときのパルス
数に基づいて、歯車間の摩耗状態、つまり歯車間にどれ
だけ摩耗が進行しているかを容易に知ることができるよ
うになっている。

【００１２】

【実施例】以下、図面に示すこの発明の実施例を説明す
る。図１は、この発明によるアクチュエータの一実施例
を示す概略図であり、また図４は、この発明によるアク
チュエータの一実施例を説明するためのブロック図であ
る。

【００１３】すなわち、図１および図４に示してあるア
クチュエータは、駆動源であるモータ８により回転する
軸１に、ウォーム２とウォーム歯車４とで形成するウォ
ームギアが設けられ、このウォーム歯車４の内側に、セ
ンタコラム５およびスリーブ６が設けられるとともに、
スリーブ６の内側にステム７が挿通され、このときスリ
ーブ６とステム７との間にねじ部６ａ、７ａが形成され
ることにより、このねじ部６ａ、７ａの駆動力でステム
７がその軸線方向に移動可能となっているもので、軸１
の回転量に応じた数のパルスを発生するパルス発生器
と、モータ８に流れる過電流を検知し、その検知したタ
イミングに応じて信号を発する過電流検知部材と、この
過電流検知部材の出力信号に基づいて、パルス発生器よ
り送られてくるパルスの数を計数する計数部材と、この
計数部材で計数されたパルス数を表示するパルス数表示
器とを具えている。

【００１４】そして、パルス発生器は、磁気ドラム３ｂ
と磁気センサ３ａとで形成されるロータリエンコーダ３
で構成し、また過電流検知部材は、モータ８に流れる過
電流を検知する電流センサ９と、この電流センサ９の出
力信号のタイミングに応じてトリガパルスを発するパル
ス形成器１１とで構成している。

【００１５】まず、図１に示してあるアクチュエータの
機構について説明する。図１において、８は駆動源であ
るモータであり、軸１を連結してこれを回転させるもの
である。

【００１６】このモータ８の回転により回転する軸１に
はウォームギアが設けられている。このウォームギア
は、軸１に形成されるウォーム２と、軸線が軸１と直交
する状態でウォーム２と噛み合わせるウォーム歯車４と
で形成されるもので、このウォームギアによって、軸１
の回転が減速されて次段の歯車へ伝達されるようにして
いる。

【００１７】ウォームギアの一方を形成するウォーム歯
車４の内側には、図２にも示すように、筒状のセンタコ
ラム５がその軸線をウォーム歯車４の軸線と一致させた
状態で装着され、ウォーム歯車４の回転とともにセンタ
コラム５が一体となって回転するようにしている。

【００１８】センタコラム５の内側には、ウォーム歯車
４に対応する位置に歯車の一種であるスリーブ６が挿入
されて固着される。このスリーブ６は、いわゆるバッフ
ァであって、これと螺合するスラム７よりも比較的摩耗
しやすい材質のものが用いられ、円筒状をなすととも
に、その内周面に雌ねじ部６ａを形成しているもので、
この軸線をウォーム歯車４の軸線と一致させた状態で設
けることにより、ウォーム歯車４の回転時に、このスリ
ーブ６がセンタコラム５と一体となって回転するように
している。

【００１９】このスリーブ６の内側には、先方に例えば
バルブ等を連結した、歯車の一種であるステム７がスリ
ーブ６と螺合した状態で、かつその軸線方向へ移動可能
な状態で設けられる。このステム７は、その外周面にス
リーブ６の雌ねじ部６ａと螺合する雄ねじ部７ａが形成
されていて、スリーブ６の雌ねじ部６ａの回転によって
雄ねじ部７ａが駆動され、このときの駆動力によってス
テム７がスリーブ６に対して相対移動を行うようにして
いる。

【００２０】なお、１４は軸受であり、軸１を回転自在
な状態で支持するものである。上記のアクチュエータ
は、パルス発生器、過電流検知部材、計数部材、パルス
数表示器１２を具えている。

【００２１】図１および図３において、パルス発生器は
磁気ドラム３ｂと磁気センサ３ａとで形成されるロータ
リエンコーダ３で構成される。このロータリエンコーダ
３の一方を形成する磁気ドラム３ｂは、その外周面に所
定のピッチで着磁がなされているもので、この軸線を軸
１の軸線と一致させた状態で軸１に取付けることによ
り、この磁気ドラム３ｂが軸１と一体となって回転する
ようにしている。

【００２２】そして、この磁気ドラム３ｂの外周面に対
応する部位に、ロータリエンコーダ３の他方を構成す
る、エンコーダを有する磁気センサ３ａを配設すること
により、軸１の回転時に、この磁気センサ３ａが磁気ド
ラム３ｂの外周面の磁化部を検知して、その分解能に応
じた数のパルスを発生させるようにしている。

【００２３】過電流検知部材は、電流センサ９とパルス
形成器１１とで構成される。過電流検知部材の一方を構
成する電流センサ９は、モータ８に接続され、負荷の作
用時に流れるモータ８の過電流を検知するもので、この
出力信号はパルス形成器１１に送られる。

【００２４】特に、モータ８の起動時、ウォーム２の始
動時、ステム７の始動時には、それぞれの慣性力のため
に、モータ８に大きな負荷が作用するようになるため、
それぞれの起動時および始動時にモータ８に過電流が流
れるようになり、この結果、電流センサ９が、図５の下
段に示しているような波形状の電流変動を順次検出する
ようにしている。

【００２５】過電流検知部材の他方を構成するパルス形
成器１１は、図５に示すように、電流センサ９がモータ
８に流れる過電流を検知したときに、そのタイミングに
合わせてトリガパルスを発生させるもので、特にウォー
ム２の始動に発生されるトリガパルスからステム７の始
動時に発生されるトリガパルスまでの時間ｔの情報をカ
ウンタ１０に与えるようにしている。

【００２６】計数部材であるカウンタ１０は、ロータリ
エンコーダ３の出力信号が入力されていて、パルス形成
器１１より与えられる所定の２つのトリガパルスに基づ
いて、その時間ｔの間にロータリエンコーダ３より受け
取るパルスの数を計数するもので、このカウンタ１０に
より計数されたパルス数の数値情報は、パルス数表示器
１２へ伝達される。

【００２７】このパルス数表示器１２は、カウンタ１０
より得られる数値情報を数字で表示するもので、このパ
ルス数表示器１２に表示される数字に基づいて、カウン
タ１０で計数されたパルスの数を視覚的に確認できるよ
うにしている。

【００２８】この場合、カウンタ１０とパルス数表示器
１２との間に、カウンタ１０より得られる数値情報を伝
達するための伝達装置１３を介在させると、アクチュエ
ータ本体より隔離した場所にパルス数表示器１２を備え
付けることが可能になるものである。

【００２９】なお、１６は電源であり、ロータリエンコ
ーダ３および電流センサ９、モータ８に電気を供給する
ものである。また、１５はスイッチであり、モータ８に
対する電源１６のＯＮ／ＯＦＦスイッチである。

【００３０】次に、上記のものの作用を説明する。この
アクチュエータは、上記の構成により、スイッチ１５が
ＯＮされてモータ８が回転すると、このモータ８の回転
力で軸１のウォーム２が回転し、次いでこのウォーム２
に噛み合うウォーム歯車４がセンタコラム５およびスリ
ーブ６と一体となってステム７を中心にして回転するよ
うになり、これによって軸１の回転が、その軸線と直交
する方向に軸線を有するスリーブ６の回転として変換さ
れる。

【００３１】そして、このスリーブ６の回転によって、
その雌ねじ部６ａがステム７の雄ねじ部７ａに沿って回
転するようになり、このときに得られる両ねじ部６ａ、
７ａの駆動力によって、ステム７がその軸線方向に移動
するようになっていて、この結果、モータ８による軸１
の回転が、その軸１と直交する方向への直線移動に変換
されることとなる。

【００３２】従って、例えばステム７の先方にバルブが
連結されると、このアクチュエータの動作によりバルブ
の開閉を行わせることができるようになっている。

【００３３】また、スイッチ１５がＯＮされると、モー
タ８を起動させるための過電流がモータ８内に流れるた
め、この過電流が電流センサ９により検出され、このと
きの検出信号に基づいてパルス形成器１１より最初のト
リガパルスが発生される。

【００３４】モータ８が起動すると、次いで軸１自身の
慣性力でやや時間的に遅れた状態でウォーム２が始動す
る。このとき、モータ８には軸１の慣性力による負荷の
作用で過電流が流れるため、このウォーム２の始動時に
も電流センサ９がその過電流を検出し、このときの検出
信号に基づいてパルス形成器１１より第２のトリガパル
スが発生される。

【００３５】そして、このウォーム２の始動によりウォ
ーム歯車４が回転すると、センタコラム５およびスリー
ブ６が同時に回転するが、スリーブ６とステム７との間
に形成されるねじ部６ａ、７ａ間の遊びの量に応じて、
ステム７の始動はウォーム２の始動よりも所要時間遅れ
ることとなる。

【００３６】また、このステム７の始動時には、それ自
体の慣性力による負荷がモータ８に作用して過電流が流
れるようになるため、このステム７の始動時にも電流セ
ンサ９がその過電流を検出し、このときの検出信号に基
づいてパルス形成器１１より第３のトリガパルスが発生
される。

【００３７】この結果、パルス形成器１１によって、そ
の第２のトリガパルスから第３のトリガパルスまでの
間、つまりウォーム２の始動からステム７の始動までの
時間ｔの情報が得られ、この情報がカウンタ１０に与え
られる。

【００３８】一方、ロータリエンコーダ３では、軸１の
回転量に応じた数のパルスが発生し、順次このパルスが
カウンタ１０に送られており、パルス形成器１１より得
られる時間ｔの情報に基づき、カウンタ１０が時間ｔの
間にロータリエンコーダ３より送られてくるパルスの数
を計数するようになっている。

【００３９】つまり、カウンタ１０は、パルス形成器１
１より第２のトリガパルスが発生したときに、ロータリ
エンコーダ３より送られてくるパルスの計数を開始し、
次いでパルス形成器１１より第３のトリガパルスが発生
したときにロータリエンコーダ３より送られてくるパル
スの計数を終了するもので、これによって、ウォーム２
の始動からステム７の始動までの時間ｔの間に送られて
きたロータリエンコーダ３のパルスの数を計数するよう
になっている。

【００４０】そして、このカウンタ１０により計数され
たパルス数の数値情報は、パルス数表示器１２に送出さ
れ、このパルス数表示器１２によりカウンタ１０で計数
されたパルスの数が数字として表示されるようになって
いる。

【００４１】以上の結果、スリーブ６とステム７との間
に形成されるねじ部６ａ、７ａ間の遊びの量の大小に応
じて、ウォーム２の始動からステム７の始動までの時間
ｔが長短し、これに伴ってパルス数表示器１２に表示さ
れる数値が大小するため、ねじ部６ａ、７ａ間の遊びの
量がパルス数表示器１２上に表示される数値と比例する
ようになり、これによってねじ部６ａ、７ａ間の遊びの
量の大小を数値の大小で判断することができるようにな
っている。

【００４２】ここで、スリーブ６とステム７との間に形
成されるねじ部６ａ、７ａに塵埃等の異物が入り込ん
で、ねじ部６ａ、７ａに摩擦が生じて摩耗が発生する
と、図３に示すように、ねじ部６ａ、７ａ間の遊びの量
が大きくなる。

【００４３】この場合、スリーブ６にはステム７よりも
摩耗しやすい材質が用いられているため、ねじ部６ａ、
７ａ間の摩耗は、主にスリーブ６の雌ねじ部６ａに一方
的に生じるようになっている。

【００４４】すると、スリーブ６ａの雌ねじ部６ａに摩
耗が生じた分だけねじ部６ａ、７ａ間に隙間が形成され
るようになり、この隙間によって、特にステム７の始動
時に、摩耗が発生していないときのステム７の始動時に
比べてタイムラグが生じるようになる。

【００４５】このタイムラグは、スリーブ６の雌ねじ部
６ａの摩耗量の増加に伴って長くなるため、この結果、
ウォーム２の始動からステム７の始動までに要す時間ｔ
が雌ねじ部６ａの摩耗量に比例して長くなることとな
る。

【００４６】このように、時間ｔが長くなると、カウン
タ１０で計数されるロータリエンコーダ３からのパルス
の数も増加するようになり、これに伴ってパルス数表示
器１２に表示される数値も増加するようになるため、こ
の結果、スリーブ６とステム７との間に形成されるねじ
部６ａ、７ａ間に生じた摩耗の程度を知ることができる
ようになっている。

【００４７】このとき、ねじ部６ａ、７ａ間の摩耗量
と、パルス数表示器１２に表示される数字との関係を予
め求めておけば、パルス数表示器１２に表示される数字
からねじ部６ａ、７ａ間の摩耗量を正確に知ることがで
き、また、摩耗によるスリーブ６およびステム７の使用
限界に基づいて、パルス数表示器１２に表示される数値
の上限を設定しておくと、部品の交換時期を容易に知る
ことができるようになっている。

【００４８】また、パルス数表示器１２とカウンタ１０
との間に伝達装置１３を介在させた場合には、アクチュ
エータ本体より隔離した場所にパルス数表示器１２を設
けることができるようになっている。例えば、図４にも
示してあるように、アクチュエータ本体より離れた場所
に設置されている中央制御室にパルス数表示器を備えつ
けた場合、カウンタ１０より得られるパルス数の情報
は、伝達装置１３により減衰することなくパルス数表示
器１２へ伝達されるようになっている。

【００４９】従って、例えば複数のアクチュエータのパ
ルス数表示器１２を全て中央制御室に備え付けると、そ
れぞれのアクチュエータの歯車間に生じる摩耗量を中央
制御室で一元的に監視することができ、これに伴って、
例えばプラント等で多くみられるように、広い敷地内で
アクチュエータが点在する場合でも、その点検作業を極
めて容易にすることができるようになっている。

【００５０】さらに、スリーブ６の材質にステム７より
も摩耗しやすいものを用いた場合には、スリーブ６とス
テム７との間では、スリーブ６の方に一方的に摩耗が生
じるようになるため、部品の交換時においては、スリー
ブ６のみを交換すれば良いようになり、これによって、
交換作業およびアクチュエータの保守を容易にすること
ができるようになっている。

【００５１】なお、上記実施例において、パルス発生器
は、磁気ドラム３ｂと磁気センサ３ａとで形成されるロ
ータリエンコーダ３を用いたが、軸１の回転量に応じた
数のパルスを発生するものであれば良いものである。

【００５２】また、過電流検知部材についても、上記実
施例では電流センサ９とパルス形成器１１とで構成した
が、駆動源に流れる過電流を検知し、その検知したタイ
ミングに応じて信号を発するものであれば、上記のもの
に限定されず適用することができるものである。

【００５３】さらに、パルス数表示器１２についても、
上記実施例では数字を表示するものを示したが、計数部
材で計数されたパルス数が認識出来る手段で表示される
ものであれば、どのようなものでもパルス数表示器とし
て適用することができるものである。

【００５４】また、上記実施例では、ウォームギアおよ
びねじ部を採用して動力の伝達を行うアクチュエータを
示したが、これに限定されず、複数個の歯車を設けたも
のであれば本発明を適用して歯車間の摩耗量を検出する
ことができ、従って、例えばねじのゆるみ等の検出にも
応用が可能であり、用途は限定されないものである。

【００５５】さらに、上記実施例において、カウンタ１
０でパルス数を計数する時間ｔは、ウォーム始動からス
テム始動までの時間で決定していたが、モータの起動か
らステム始動までの時間で決定してもよく、要は過電流
検知部材で検知されたタイミングにより時間ｔが決定さ
れればよいものである。

【００５６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、アクチ
ュエータに、軸の回転量に応じた数のパルスを発生する
パルス発生器と、駆動源に流れる過電流を検知し、その
検知したタイミングで信号を発する過電流検知部材と、
この過電流検知部材の出力信号に基づいて、パルス発生
器より送られてくるパルスの数を計数する計数部材と、
この計数部材で計数されたパルス数を表示するパルス数
表示器とを具えることにより、軸の回転量を伝達するた
めの各歯車の間に生じた摩耗の程度を、パルス数表示器
に表示されるパルス数に基づいて正確かつ簡単に知るこ
とができる。

【００５７】従って、このパルス数表示器に表示される
パルス数に基づいて、歯車等の部品交換時期を容易に判
断することができるようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるアクチュエータの概略を示す図
である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図３】スリーブとステムとの間に形成されるねじ部を
示す図であって、摩耗が生じた状態を示す図である。

【図４】この発明によるアクチュエータの一実施例を説
明するブロック図である。

【図５】電流センサおよびパルス形成器で得られる波形
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１……軸 ２……ウォーム ３……ロータリエンコーダ（パルス発生器） ３ａ……磁気センサ ３ｂ……磁気ドラム ４……ウォーム歯車 ５……センタコラム ６……スリーブ ６ａ……＋雌ねじ部 ７……ステム ７ａ……雄ねじ部 ８……モータ（駆動源） ９……電流センサ（過電流検知部材） １０……カウンタ １１……パルス形成器（過電流検知部材） １２……パルス数表示器 １３……伝達装置 １４……軸受 １５……スイッチ １６……電源

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動源（８）により回転する軸（１）に
   複数個の歯車を設けることにより、前記駆動源（８）の
   回転量を伝達するアクチュエータにおいて、前記軸
   （１）の回転量に応じた数のパルスを発生するパルス発
   生器（３）と、前記駆動源（８）が軸（１）を起動して
   前記各歯車を順次従動する際に流れる過電流を検知し、
   その検知したタイミングに応じて信号を発する過電流検
   知部材（９、１１）と、前記パルス発生器（３）のパル
   スを受け取るとともに、前記過電流検知部材（９、１
   １）の所定の信号を受け取ったのち次の信号を受け取る
   までの間のパルス数を計数する計数部材（１０）と、こ
   の計数部材（１０）により計数されたパルス数を表示す
   るパルス数表示器（１２）とを具え、前記歯車間に生じ
   る摩耗の量を検出することを特徴とするアクチュエー
   タ。
2. 【請求項２】 前記パルス発生器は、磁気ドラム（３
   ｂ）と磁気センサ（３ａ）とで形成されるロータリエン
   コーダ（３）で構成してある請求項１記載のアクチュエ
   ータ。
3. 【請求項３】 前記過電流検知部材は、前記駆動源
   （８）に流れる過電流を検知する電流センサ（９）と、
   この電流センサ（９）の出力に基づきトリガパルスを発
   生するパルス形成器（１１）とで構成してある請求項１
   記載のアクチュエータ。