JPH0680355B2 - バルブアクチユエ−タ用スイツチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、バルブ開閉用アクチュエータに付設して使用
されるスイッチング装置に関するものである。

［従来技術］ 各種のプラントや消防設備等においては、バルブをモー
タ等の動力により開閉させるようにしたバルブアクチュ
エータが広く使用されている。しかして、一般のバルブ
アクチュエータは、出力軸にウォームホイールを軸装す
るとともに、このウォームホイールにウォームを噛合さ
せておき、このウォームをモータにより駆動することに
よって前記出力軸を回転させるようになっている。そし
て、この出力軸を利用して作動対象たるバルブの弁体を
開閉動作させるようになっている。

ところで、この種のバルブアクチュエータを遠隔操作や
自動制御により作動させる場合には、該バルブアクチュ
エータの設定限界作動位置に関する情報、つまり、出力
軸（弁体）が予め設定した限界位置まで達したか否かの
情報、あるいは、設定限界トルクに関する情報、すなわ
ち、弁体の着座等により前記出力軸に予め設定した限界
トルク値以上のトルクが作用しているか否かの情報を逐
次収集してフィードバックすることが不可欠となる。そ
のため、かかるバルブアクチュエータには、前記設定限
界作動位置に達した場合に位置リミットスイッチを切換
えてその旨の信号を出力し得るように構成した位置リミ
ットスイッチ機構と、前記設定限界トルク値を上まわっ
た場合にトルクリミットスイッチを切換えてその旨の信
号を出力し得るように構成したトルクリミットスイッチ
機構とを備えたスイッチング装置が付設してあるのが一
般的である。

ところで、従来のこの種スイッチング装置は、例えば、
特公昭49-4421号公報に示されるように、その位置リミ
ットスイッチ機構として送りねじ式のものを用いてい
る。すなわち、従来の位置リミットスイッチ機構は、バ
ルブアクチュエータ本体の出力軸に同期して回転するね
じ棒と、このねじ棒と平行に配設され該ねじ棒の軸心回
りに平行回動可能な案内ロッドと、この案内ロッドを中
立位置に弾性支持するスプリングと、前記ねじ部に螺装
されその一端を前記案内ロッドにスライド可能に係合さ
せて回り止めされたナットと、このナットの螺合進退を
所定位置で係止させるストッパとを具備している。しか
して、このものは、前記ナットがストッパに当接した状
態でさらに前記ねじ棒が同方向に回されるとこのナット
とねじ棒とが前記スプリングの付勢力に抗しつつ前記案
内ロッドを伴なって回転するため、この回転動作を利用
して位置リミットスイッチを切換えるようにしている。
そのため、前記ストッパの位置を調整することによって
前記位置リミットスイッチが切換わる位置、つまり、前
述した設定限界位置を適宜移動調整することができるよ
うになっている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、前記のような構成のものでは、前記バルブア
クチュエータをモータを停止させた状態で手動操作によ
り作動させた場合に不都合が生じる。すなわち、前記出
力軸を手動操作により設定限界位置を越えてさらに回動
させようとすると、前記ねじ棒、ナットおよび案内ロッ
ドが必要回動角度を越えてさらに回転しようとするた
め、前記ナットに付勢されて回転するスイッチ押圧子
や、このスイッチ押圧子に押されて切換わるリミットス
イッチ等が破壊されるおそれが生じる。そのため、従来
のものは、スイッチング装置の入力軸と、前記ねじ棒と
の間に滑りクラッチを介設しておき、所定値以上のトル
クが前記入力軸に加わった場合には該入力軸と前記ねじ
棒との間に滑りを生じさせてスイッチ等の破損を防止す
るようにしている。しかしながら、このようにすると、
手動操作時に出力軸を設定限界位置を越えてオーバスト
ローク側へ誤操作してしまう毎に、前記入力軸と前記ね
じ棒との間に位置ずれが生じ、再調整が必要になるとい
う問題がある。

本発明は、このような問題点を簡単かつ確実に解消する
ことを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、以上のような目的を達成するために、前記位
置リミットスイッチ機構を、前記出力軸の作動位置の変
化を間欠的なカウント動作に変換し該出力軸が設定限界
位置にまで回動した段階で最終的に設けた間欠回転軸を
１間欠動作させるカウンタギャ列と、この間欠回動軸が
待機位置から作動位置まで間欠回転した際に該間欠回動
軸に付勢されて回動するスイッチ押圧子と、このスイッ
チ押圧子が回動した際に該押圧子に付勢されて切換わる
位置リミットスイッチとを具備してなるものにし、前記
カウンタギャ列は、出力軸に連動して回転可能であり前
記間欠回転軸に並行に配設された調整軸と、この調整軸
上に一体回転可能に軸装された最前段メインギャユニッ
ト及び回転自在に軸装された複数のメインギャユニット
と、前記間欠回転軸上に回転自在に軸装された１又は複
数のサブギャユニット及び一体回転可能に軸装された最
終段サブギャユニットとから構成し、最前段メインギャ
ユニットから最前段サブギャユニットに伝達された回転
力が最終段メインギャユニットを経て最終段サブギャユ
ニットに減速して伝えられるように互いに噛合させてい
ることを特徴とする。

［作用］ このような手段によれば、バルブアクチュエータ本体の
出力軸を設定限界位置にまで回動させた段階でカウンタ
ギャ列の最終段に設けた間欠回動軸が１間欠動作して位
置リミットスイッチを切換えることになるが、前記出力
軸をさらに前記設定限界位置を越えてオーバストローク
側へ手動操作しても多少のことでは前記のような不都合
は生じない。すなわち、このようにカウタギャ列を用い
てスイッチ押圧子を駆動するようにした場合には、出力
軸が設定限界位置に達して間欠回動軸が間欠動作した
後、この出力軸をさらにバルブアクチュエータの１スト
ローク分ほど大きくオーバストロークさせないと、前記
間欠回動軸が再び同方向に作動することはない。したが
って、通常の使用状態では、オーバストロークによる不
都合は生じ得ない。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示すようにアクチュエータ本体１に本発明に係
るスイッチング装置２を付設している。

アクチュエータ本体１は、第１図に概略的に示すよう
に、出力軸３にウォームホイール４を軸装するととも
に、このウォームホイール４にウォーム５を噛合させて
おき、このウォーム５を図示しないモータにより駆動す
ることによって前記出力軸３を回転させ得るようになっ
ている。そして、この出力軸３の回転を利用して作動対
象物たるバルブの弁体（図示せず）を開閉動作させ得る
ように構成されている。なお、前記ウォーム５の支軸６
は、軸心方向にスライド可能に保持されており、図示し
ない皿ばね等により一定の位置に収束偏倚されている。
そして、この支軸６の軸心方向の弾性偏位量をトルク信
号として軸6aを介して取り出すようになっている。ま
た、前記出力軸３の回転位置を位置信号としてウォーム
７とこのウォーム７に噛合させたウォームホイール８と
を介して取り出して前記スイッチング装置２の入力軸９
に入力するようにしている。

スイッチング装置２は、第１図に示すように、共通のフ
レーム10に前記トルク信号に付勢されて作動するトルク
リミットスイッチ機構11と、前記位置信号に付勢されて
作動する位置リミットスイッチ機構12とを組込んだもの
である。

トルクリミットスイッチ機構11は、第１図、第３図およ
び第10図に示すように、フレーム10の前面板13と、背面
板14とを貫通させて設けられ軸心回りに正逆回転可能な
回転軸15と、この回転軸15の前半部に回動可能に装着し
たスイッチ押圧子16と、このスイッチ押圧子16の両側に
配設したトルクリミットスイッチ17と、前記バルブアク
チュエータ本体１の進退軸6aの進退動作を前記回転軸15
の正逆回転動作に変換する第１の動作変換機構18と、前
記回転軸15の正逆回転動作を前記押圧子16のスイッチ押
圧動作に変換する第２の動作変換機構19とを具備してな
る。第１の動作変換機構18は、前記回転軸15の後端に一
体回転可能に固着した筒体21を主体に構成されている。
筒体21は、第１図および第10図に示すように、前端部を
ピン22を介して前記回転軸15に固定した円筒体状のもの
で、その外周に対をなす螺旋状のカム溝23が穿設してあ
り、このカム溝23にスライドピン24を貫通させている。
そして、このスライドピン24の両端を前記フレーム10の
基体25に設けた軸方向の溝26にスライド可能に係合させ
るとともに、前記筒体21の後端側に前記進退軸6aを前記
スライドピン24に当接させるようにして嵌入させてい
る。なお、25は、前記筒体21を矢印Ｘ方向に回動付勢す
るスプリングである。また、第２の動作変換機構19は、
第１図および第３図に示すように、前記回転軸15の前端
に同期回動可能に装着した回動盤28と、この回動盤28に
軸着した対をなすカム体29と、前記スイッチ押圧子16の
前端面から前記両カム体29間に突出させた突起31とを具
備してなるもので、前記回転軸15が設定角度以上回動し
た場合にいずれかのカム体29が前記突起31を押圧して前
記スイッチ押圧子16をいずれかのリミットスイッチ17が
切換わる位置まで回動させ得るようになっている。な
お、前記各カム体29は、回転方向に漸次その径が変化す
る形状をなしており、第２図に示すように、このカム体
29の固定位置を前記回動盤28の前面に配した調整つまみ
32の回動操作により変えることができるようになってい
る。しかして、このカム体29の固定位置を変化させる
と、該カム体29と前記突起31とが当接する位置を変える
ことができ、設定限界トルク値を調整することができる
ようになっている。そして、この実施例のものでは、前
記カム体29が前記突起31に全く当接し得ない位置に該カ
ム体29を設定することもできるようになっている。

一方、位置リミットスイッチ機構12は、第１図および第
４図に示すように、前記入力軸９と、この入力軸９の回
転を間欠的なカウント動作に変換し最終段に設けた間欠
回動軸44のカム体34をそれぞれ間欠回動させる対をなす
カウンタギャ列35と、これらのカム体34が第４図に実線
で示す待機位置ａから想像線で示す作動位置ｂまで間欠
回転した際に該カム体34に付勢されて回動する対をなす
スイッチ押圧子36と、これら各スイッチ押圧子36が回動
した際に該押圧子36に付勢されて切換わる２対の位置リ
ミットスイッチ37とを具備してなる。詳述すれば、入力
軸９は、前記フレーム10の基体25のボス部25aに回転可
能に保持されており、その後端に前記ウォームホイール
８の支軸41が接続されている。また、カウンタギャ列35
は、第６図〜第９図に示すように、調整軸42上に軸装さ
れた３組のメインギャユニット43₁、43₂、43₃と、間欠
回動軸44上に軸装され前記メインギャユニット43₁、4
3₂、43₃に係合する３組のサブギャユニット45₁、45₂、4
5₃とから構成されている。各メインギャユニット43₁、4
3₂、43₃は、第７図〜第９図に示すように、例えば、全
周に20の歯46aを有する第１ギャ46と、この第１ギャ46
と同一の外径をなし単一の谷部47aを有した第２ギャ47
と、この第２ギャ47の谷径と同一の谷径をなし２つの歯
48aのみを有した第３ギャ48とを軸心を一致させて一体
化させたものである。なお、最前段のメインギャユニッ
ト43₁だけは、前記調整軸42に固定されており、他のメ
インギャユニット43₂、43₃は前記調整軸42に対して回転
自在に支承させてある。また、前記各サブギャユニット
45₁、45₂、45₃は、同じく、第７図〜第９図に示すよう
に、例えば、８つの歯を有した標準ギャから歯を１つお
きに切除してなり前記第２ギャ47に対応する位置に配さ
れた第１小ギャ51と、８つの歯を有し前記第３ギャ48に
対応する位置に配された第２小ギャ52と、この第２小ギ
ャ52と同一の形状をなし次段のメインギャユニットの第
１ギャ46に噛合する第３小ギャ53とを軸心を一致させて
一体化したものである。なお、最後段のサブギャユニッ
ト45₃だけは、前記間欠回動軸46に対して固定されてお
り、他のサブギャユニット45₁、45₂は、前記間欠回動軸
46に対して回転自在に支承されている。また、各調整軸
42の先端には、ドライバ等の調整工具を係合させるため
の手動操作部42aが設けてあり、これらの調整軸42を手
動により回動させ得るようになっている。しかして、前
記入力軸９と前記カウンタギャ列35との間には、前記調
整軸42を手動操作する場合にだけ該入力軸９と前記各カ
ウンタギャ列35とを切離すための動力断続機構55が設け
てある。動力断続機構55は、第１および第10図に示すよ
うに、前記入力軸９の前端部に一体に形成され対なす軸
方向の溝56aを有してなる円筒部56と、この円筒部56内
に後端部をスライド可能に嵌合させるとともに前端部を
中間板57にスライド可能に貫通させた伝動軸58と、この
伝動軸58の中間部に一体に形成され前記両カウンタギャ
列35の最前段の第１ギャ46に噛合する伝動ギャ59と、前
記伝動軸58の後端部に貫着されその両端部を前記円筒部
56の溝56aにスライド可能に案内させた伝動ピン61と、
前記伝動軸58の前方に軸心を一致させて配設され前記前
面板13に固着した固定案内筒62にスライド可能に貫装さ
れた操作軸63と、この操作軸63に貫着されその両端部を
前記固定案内筒62の溝62aに係合させた係止ピン64と、
前記伝動軸58を前方へ偏倚するスプリング65と、前記操
作軸63を前方へ付勢するスプリング66とを具備してな
る。

なお、67は、前記両スイッチ押圧子36を対応するリミッ
トスイッチ37から離れる方向に付勢するスプリングであ
る。

このような構成のものであれば、バルブアクチュエータ
１が全閉または全開となって出力軸３に作用するトルク
が増大してくると、ウォーム５の支軸６が図示しない皿
ばね等の弾性支持力に抗して軸心方向に前進または後退
することになり、その進退動作が進退軸6aを介してスイ
ッチング装着２のトルクリミットスイッチ機構11に入力
される。すなわち、進退軸6aが軸心方向に進退すると、
その進退動作が軸心方向の溝26に案内されたピン24と螺
旋溝23との協働により筒体21および回転軸15の正逆回転
に変換される。そして、回転軸15が正逆回転すると、回
動盤28がそれに応じてカム体29とともに回動する。その
ため、前記出力軸３に作用するトルクが大きくなると、
前記回動盤28の回動角度が大きくなり、いずれかのカム
体29が突起31を押圧してスイッチ押圧子16を傾動させ、
いずれかのリミットスイッチ17を切換える。したがっ
て、前記操作つまみ32を回動操作してカム体29が突起31
に当接する位置に調整しておけば、出力軸３のトルクが
所望の設定限界トルク値に達した時にリミットスイッチ
17を切換えてバルブアクチュエータ１のモータを停止さ
せるようにすることができる。

また、出力軸３が回転すると、弁体の作動位置が変化す
るが、その作動位置の変化量が軸41を介して位置リミッ
トスイッチ機構12の入力軸９に連続的に伝達される。し
かして、入力軸９が回転すると、その回転動力が伝動ギ
ャ59を介して各カウンタギャ列35の最前段に伝えられ、
これらのカウンタギャ列35がカウント動作を行なう。す
なわち、前段のメインギャユニット43₁が１回転する毎
に、換言すれば、メインギャユニット43₁の第２ギャ47
の谷部47aおよび第３ギャ48の２つの歯48aからなる間欠
付勢部43₁ａが前段のサブギャユニット45₁との対向位置
を通過する毎に、該サブギャユニット45₁が２歯分（こ
の実施例では、90°）間欠回転させられる。そして、こ
のサブギャユニット45₁が１間欠回転すると、該サブギ
ャユニット45₁の第３小ギャ53に噛合している中段のメ
インギャユニット43₂が２歯分回転する。このようにし
て中段のメインギャユニット43₂が間欠的に回転する
が、この段階においても、前述と同様にこの中段のメイ
ンギャユニット43₂が１回転する毎に、中段のサブギャ
ユニットが90℃づつ間欠的に回転する。そして、それに
伴なって、後段のメインギャユニット43₃が２歯づつ間
欠回転する。そして、後段のメインギャユニット43₃の
間欠付勢部43₃ａが後段のサブギャユニット45₃を通過し
た段階で該サブギャユニット45₃が90°間欠回転し、そ
れに伴なって、間欠回動軸44およびこれに固着されたカ
ム体34が待機位置ａから作動位置ｂまで回動する。カム
体34が作動位置ｂまで回動すると、スイッチ押圧子36の
脚部36aが該カム体34に押圧されることになって該スイ
ッチ押圧子36が第４図に想像線で示すように回動し、リ
ミットスイッチ37を切換える。この場合、入力軸９を逆
転させると、直ちに前記カム体34が待機位置ａへ復帰し
て、前記スイッチ押圧子36によるリミットスイッチ37の
押圧が解除される。

ところで、前記リミットスイッチ37をバルブの全閉位置
および全開位置で正確に切換わるようにするには、前記
カム体34が作動する位置を予め調整しておく必要があ
る。そのための調整は、次のようにして行なう。まず、
常時は、第１図および第10図に示すように、動力断続機
構55の係止ピン64が固定案内筒62の溝62a内に存在して
おり、伝動ギャ59が前記カウンタギャ列35のメインギャ
ユニット43₁に噛合している。この状態から、操作軸63
の先端を前面側から押圧する。そうすると、この操作軸
63に押されて伝動軸58が入力軸９に対して後方へスライ
ドし、前記伝動ギャ59が前記メインギャユニット43₁か
ら外れるとともに、前記操作軸63の係止ピン64が溝62a
外へ抜け出す。この状態で前記操作軸63を回転させて押
圧を止めると、該操作軸63の係止ピン64の両端部が前記
固定案内筒62の後端面62bに係止されて該操作軸63およ
び前記伝動軸58が後退位置に保持されることになり、前
記入力軸９と前記両カウンタギャ列35とが切離されたま
まになる。しかして、この状態で各カウンタギャ列35の
調整軸42を適宜回転させることによって、リミットスイ
ッチ37の切換位置を調節することができる。このように
して調整を終えた後、前記操作軸63を回転させると、該
操作軸63の係止ピン64が再び前記溝62aに嵌合し該操作
軸63がスプリング66の付勢力により前方へ突出する。そ
の結果、前記伝動軸58がスプリング65に押圧されて前方
へ復帰し、伝動ギャ59が元のように両カウンタギャ列35
の第１ギャ46に噛合する。

以上のようにして、アクチュエータ本体１の出力軸３に
設定限界トルク値以上のトルクが作用した場合、およ
び、前記出力軸３の作動位置が設定限界位置に達した場
合に、それぞれ対応するリミットスイッチ17、37を切換
えて、その旨の信号を制御回路などにフィードバックす
ることができるわけであるが、本装置では、位置リミッ
トスイッチ機構12としてカウンタギャ式のものを使用し
ている。そのため、出力軸３が設定限界位置に達して間
欠回動軸46のカム体34が１間欠動作した後、該出力軸３
を、さらに、バルブアクチュエータの設定可能回転数1/
4ストローク分ほど大きくオーバストロークさせない
と、前記カム体34が再び同方向に作動することはない。
したがって、手動操作等により、前記出力軸３を限界設
定位置を越えてオーバストロークさせてしまった場合で
も、スイッチ押圧子36やリミットスイッチ37に無理な力
が作用したり、入力軸９と減速機構（カウンタギャ列3
5）との間にずれが生じて再調整が必要になるというよ
うな不具合が一切生じない。

なお、入力軸と、カウンタギャ列との間に設ける動力断
続機構の構成は前記のものに限られないのは勿論であ
り、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能で
ある。

また、カウンタギャ列は、３列に限らず、２列、あるい
は、４列以上のものであってもよい。

さらに、位置リミットスイッチ機構のスイッチ押圧子
と、トルクリミットスイッチ機構のスイッチ押圧子と
を、共通の軸に設けなくてもよいのは勿論であるが、前
記実施例のようにすれば、両スイッチ機構をコンパクト
にユニット化することができるという利点が得られる。

［発明の効果］ 本発明は、以上のような構成であるから、バルブアクチ
ュエータ本体の出力軸を設定限界位置を越えて手動操作
等によりオーバストロークさせても、各部に無理が生じ
たり、再調整作業が必要になるという不都合のない優れ
たバルブアクチュエータ用スイッチング装置を提供でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の１実施例を示し、第１図は全体を示す断
面図、第２図は第１図におけるＡ矢視図、第３図は第１
図におけるＢ−Ｂ線断面図、第４図は第１図におけるＣ
−Ｃ線断面図、第５図は第１図におけるＤ−Ｄ線断面
図、第６図はカウンタギャ列を示す拡大図、第７図は第
６図におけるＥ−Ｅ線断面図、第８図は第６図における
Ｆ−Ｆ線断面図、第９図は第６図におけるＧ−Ｇ線断面
図、第10図は部分斜視図である。 １……アクチュエータ本体 ２……スイッチング装置 ３……出力軸 ９……入力軸 11……トルクリミットスイッチ機構 12……位置リミットスイッチ機構 15……軸（回転軸） 16……スイッチ押圧子 17……リミットスイッチ 35……カウンタギャ列 36……スイッチ押圧子 37……リミットスイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バルブアクチュエータ本体の出力軸に作用
   するトルクが設定限界トルク値に達したか否かを検出す
   るトルクリミットスイッチ機構と、前記出力軸の作動位
   置が設定限界位置に達したか否かを検出する位置リミッ
   トスイッチ機構とを具備してなるバルブアクチュエータ
   用のスイッチング装置であって、前記位置リミットスイ
   ッチ機構を、前記出力軸の作動位置の変化をカウント動
   作に変換し該出力軸が設定限界位置にまで回動した段階
   で最終的に設けた間欠回転軸を１間欠動作させるカウン
   タギャ列と、このカウンタギャ列の間欠回転軸に付勢さ
   れて回動するスイッチ押圧子と、このスイッチ押圧子が
   回動した際に該押圧子に付勢されて切換わるリミットス
   イッチとを具備してなるものにし、前記カウンタギャ列
   は、出力軸に連動して回転可能であり前記間欠回転軸に
   並行に配設された調整軸と、この調整軸上に一体回転可
   能に軸装された最前段メインギャユニット及び回転自在
   に軸装された複数のメインギャユニットと、前記間欠回
   転軸上に回転自在に軸装された１又は複数のサブギャユ
   ニット及び一体回転可能に軸装された最終段サブギャユ
   ニットとから構成し、最前段メインギャユニットから最
   前段サブギャユニットに伝達された回転力が最終段メイ
   ンギャユニットを経て最終段サブギャユニットに減速し
   て伝えられるように互いに噛合させていることを特徴と
   するバルブアクチュエータ用スイッチング装置。
2. 【請求項２】前記スイッチ押圧子が、前記トルクリミッ
   トスイッチ機構のスイッチ押圧子と共通の軸に支承され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のバ
   ルブアクチュエータ用スイッチング装置。