JPH10153271A - バルブ用電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が複雑であって高価なものであること及
び調節が甚だしく微妙であり、過大な圧着力を与えて弁
座部や他の部分を損傷したり、過小な圧着力を与えて弁
座部から漏れを生じたりする虞があることの課題を解決
するためのものである。 【解決手段】 出力軸３の正・逆の回転によってバルブ
を開閉させる電動アクチュエータ１であって、出力軸３
の正の回転をコイルスプリング４を介してバルブのステ
ム５又はステムナット６に直接又は間接に伝えてバルブ
の全開位置から全閉位置までステム５を回転運動又は往
復運動させ、弁体７が弁座８に接して弁体７の動きが停
止した後も、出力軸３が更に正に回転してコイルスプリ
ング４をねじって弁体７と弁座８との間の圧着力を増大
させ、出力軸３を逆に回転させて弁体７を全閉位置から
全開位置まで回転運動又は往復運動させる時には、コイ
ルスプリング４の上記のねじりが復元した後に、出力軸
３の逆の回転をバルブのステム５又はステムナット６に
直接伝える連動機構によって伝えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水、油、ガス等の
配管に装着するバルブを開閉操作するためのバルブ用電
動アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ボールバルブやバタフライバルブは、ス
テムを回転運動させてバルブを開閉させる。これに対し
て、ゲートバルブやグローブバルブは、ステムを往復運
動させてバルブを開閉させる。ただし、ゲートバルブで
はステムナットを回転させて回転しないステムを往復運
動させ、グローブバルブではステムを回転させて回転し
ないステムナットとの作用によって往復運動もさせるよ
うにすることが多い。

【０００３】このようにバルブを開閉するための電動ア
クチュエータは、その出力軸の回転によってステム又は
ステムナットを正・逆に回転させ、上記のようにステム
を回転運動又は往復運動させるが、その閉弁時、弁体が
弁座に接した後に、この弁体と弁座との間にこの回転方
向又は往復方向の力によって十分な圧着力を作用させな
いと流体を完全に閉止することができない構造のバルブ
がある。弁体と弁座との接触が金属間接触である場合に
は、特に大きな圧着力が必要である。しかし、この圧着
力が過大であると、この弁座部やその他の部分を損傷す
る虞があり、この圧着力が過小であると弁座部から漏れ
を生ずる虞があり、従って、この圧着力を適当に調節す
る必要がある。

【０００４】図８は、このような弁座部での圧着力を調
節する機構を有する従来の電動アクチュエータの一例の
一部分を示す構造説明図である。同図において、ウォー
ム５１は、これに固定したギヤー５２が電動モータの回
転を適宜の歯車列を経由して受けて回転し、これと噛み
合うウォームギヤー５３を同図の矢印で示した方向に回
転させ、このウォームギャー５３に固定したこのアクチ
ュエータの出力軸５４を回転させる。この出力軸５４
は、バルブのステムを回転運動又は往復運動させたバル
ブを開閉させるように接続される。

【０００５】ウォーム５１は、図において左方への移動
はできないが、右方への移動はできるようになってお
り、この右方への移動を数個の皿ばね５５によって支承
し、この皿ばね５５の反発弾性力は、ねじ棒５６にねじ
込まれているナット５７によって調節することができる
ようになっている。

【０００６】この図８に示したアクチュエータによって
バルブの弁体（図示せず）が弁座に接して停止すると、
ウォームギヤー５３は回転不能になり、ウォーム５１に
は回転することによって図の右方へ移動する力が働き、
皿ばね５４の反発弾性力に抗して右方へ移動しようとす
る。この力が反力としてウォームギヤー５３に働き、こ
の力によってバルブの弁体と弁座との間の圧着力を増大
させる。

【０００７】ウォーム５１は、更に右方へ移動し、この
移動によってリミットスイッチ５８を作動させ、このア
クチュエータの電動モータの回転を停止させ、ウォーム
５１の回転が止まる。しかし、ウォーム５１は、右方へ
移動した状態で皿ばね５５の反発弾性力によって左方へ
押されており、この力がウォームギヤー５３に作用し
て、バルブの弁体と弁座との間の圧着力が増大した状態
が接続される。この圧着力は、ナット５７によって予め
適宜に調節されている。

【０００８】この図８に示した弁座部での圧着力を調節
する機構を有する従来の電動アクチュエータは、図には
示していないが、電動モータとウォーム５１との間に適
宜の歯車列を有しており、これに図に示したウォーム５
１とウォームギヤー５３との上述の構造を有していて、
これらの回転軸が交錯していて構造が複雑となり、高価
なものである。

【０００９】バルブの弁体と弁座との間に圧着力を与え
る皿ばね５５は、比較的小さな圧縮変形で比較的大きな
反発弾性力を生ずるので、バルブの弁体と弁座との間に
適正な圧着力を得るために、ナット５６をねじ棒５７に
ねじ込んで皿ばね５５の反発弾性力を調整する作業が甚
だしく微妙であって、過大な圧着力を与えて弁座部や他
の部分を損傷したり、過小な圧着力を与えて弁座部から
漏れを生じたりする虞がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、弁座部での
圧着力を調節する機構を有する従来の電動アクチュエー
タの課題を解決するために開発したものであり、具体的
な課題点は、構造が複雑であって高価なものであること
及び調節が甚だしく微妙であり、過大な圧着力を与えて
弁座部や他の部分を損傷したり、過小な圧着力を与えて
弁座部から漏れを生じたりする虞があることの課題を解
決するためのものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、出力軸の正・逆の回転によってバルブを
開閉させる電動アクチュエータであって、出力軸の正の
回転をコイルスプリングを介してバルブのステム又はス
テムナットに直接又は間接に伝えてバルブの全開位置か
ら全閉位置までステムを回転運動又は往復運動させ、弁
体が弁座に接して弁体の動きが停止した後も、出力軸が
更に正に回転してコイルスプリングをねじって弁体と弁
座との間の圧着力を増大させ、一方、出力軸を逆に回転
させて弁体を全閉位置から全開位置まで回転運動又は往
復運動させる時には、コイルスプリングの上記のねじり
が復元した後に、出力軸の逆の回転をバルブのステム又
はステムナットに直接伝える連動機構によって伝えるよ
うにした。

【００１２】この場合、上述の出力軸が更に正に回転し
てコイルスプリングをねじって増大させる弁体と弁座と
の間の圧着力の大きさを、全閉停止用のリミットスイッ
チを作動させるための出力軸又はこれと連動する軸に調
整可能に固定した全閉停止用のカムを調整して設定し、
上述の出力軸を逆に回転させた場合の全開位置での停止
の位置を、全閉停止用のリミットスイッチを作動させる
ための出力軸又はこれと連動する軸に調整可能に固定し
た全開停止用のカムを調整して設定する。

【００１３】更に、出力軸の回転を受けるように接続さ
れたコイルスプリングとこれの回転を受けるように接続
され、この回転をステム又はステムナットに直接又は間
接に伝えるように設けられた軸とを同一軸線上に配置し
て、これらの２つの軸の何れか一方の軸に半径方向にピ
ンを固定し、他方の軸に円周方向の溝形の窓を有する円
筒体をコイルスプリングを内蔵させて固定し、かつ、こ
れらの固定の何れか一方を上記軸線方向に摺動可能に
し、ピンを溝形の窓に挿入して、コイルスプリングが前
述のようにねじられる時及びこのねじりが復元する時以
外は、ピンはコイルスプリングの幾分の反発弾性力によ
って溝形の窓の一方の端に位置し、コイルスプリングが
前述のようにねじられる時及びこのねじりが復元する時
には、ピンは溝形の窓の中を相対的に移動するように構
成する。

【００１４】更にまた、円筒体の固定されていない端部
に円板体を固定し、上記の他方の軸をこの円板体の中心
部の穴に挿入して、円筒体の振れを止めるようにするの
が好ましい。

【００１５】本発明の電動アクチュエータは、上記のよ
うに構成したので、電動モータの回転が所要の歯車列に
よって減速されて伝えられた出力軸の正の回転が、これ
に連結されたコイルスプリングを介してステム又はステ
ムナットに伝えられ、これによってステムをこのバルブ
の全開位置から全閉位置まで回転運動又は往復運動さ
せ、弁体が弁座に当接する状態になり、ステムの回転運
動又は往復運動が停止させられる。なお、この間、一方
の軸に固定したピンは、他方の軸に固定した円筒体の溝
形の窓の一方の端に位置したままである。

【００１６】弁座部の当接によりコイルスプリングに接
続してあるステム又はステムナットの回転運動も停止す
るが、出力軸は電動モータの回転による正の回転を続け
ているので、コイルスプリングがねじられ、これによる
反発弾性力が停止したステム又はステムナットに加えら
れ、バルブの弁体と弁座との間の圧着力が増大する。こ
の間、一方の軸に固定したピンは、他方の軸に固定した
円筒体の溝形の窓の中をその一方の端から離れる方向
（正の方向）へ移動する。

【００１７】このバルブの弁座部での圧着力が適当にな
るまで出力軸が回転すると、出力軸又はこれと連動して
バルブの開閉の間を１回転以内で回転する軸に、この適
正位置に相応するように調節されて固定された全閉停止
用のカムが全閉停止用のリミットスイッチを作動させ
て、電動モータを停止させる。弁座部の圧着力は増大さ
れた状態が接続され、漏れを防いでいる。

【００１８】次に、電動モータの回転によって出力軸が
逆に回転すると、ねじられているコイルスプリングのね
じりが次第に復元し、このねじりによって生じていたバ
ルブの弁体と弁座との間の圧着力が次第に減少する。こ
の間、一方の軸に固定したピンは、他方の軸に固定した
円筒体の溝形の窓の中を逆の方向に、この窓の一方の端
に当接するまで移動する。なお、以上の説明ではピンが
円筒体の窓の中を往復移動するように述べたが、実際に
動くのは、構造によってピンである場合も、円筒体の窓
である場合もあり、相対的に移動する。

【００１９】電動モータの逆の回転が更に続くので、出
力軸の回転によって出力軸に固定したピンが円筒体の窓
の一方の端を又は出力軸に固定した円筒体の窓の一方の
端がピンを押して、このコイルスプリングを介してでは
なく、この出力軸の逆の回転をバルブのステム又はステ
ムナットに直接伝える連動機構によって、ステム又はス
テムナットを逆に回転させて、バルブを開弁する。この
ため、コイルスプリングには上述とは逆方向のねじりが
加わらず、ねじり荷重は一方向にだけ加えられ、正・逆
のねじり荷重を加えられる場合とは異なって、疲労破壊
が起き難い。

【００２０】バルブが全開になると、出力軸又はこれと
連動してバルブの開閉の間を１回転以内で回転する軸に
調節可能に固定した全開停止用のカムが全開停止用のリ
ミットスイッチを作動させて、電動モータを停止させ
る。このカムは、当然最適の位置に予め調整されてい
る。

【００２１】上述の円筒体は、これに固定した円板体の
中心の穴に一方の軸が挿入されて振れ止めされているの
で、上述のようにピンによって円筒体が回転させられる
時にこの円筒体が振れて、円筒体が固定されている他方
の軸に曲げ力を加えるのを防いでいる。

【００２２】

【実施例】図１は、本発明の電動アクチュエータの一実
施例を装着したグローブバルブを示す縦断面図であり、
図２は、図１に示した電動アクチュエータ付きグローブ
バルブの構造説明図である。以下に、これらの図及び後
記の図３乃至図７に基づいて、本発明の実施例の構造と
作用を説明する。

【００２３】図１及び図２において、１は電動アクチュ
エータ、２はグローブバルブ、３は出力軸、４はコイル
スプリング、５はステム、６はステムナット、７は弁
体、８は弁座、９はピン、１０は円筒体、１１は円筒体
１０の溝形の窓、１２は円板体、１３は全閉停止用のリ
ミットスイッチ、１４は全閉停止用のカム、１５は全開
停止用のリミットスイッチであり、１６は全開停止用の
カムである。

【００２４】この電動アクチュエータ１は、電動モータ
１７の回転が歯車列１８を経て出力軸３に伝えられ、こ
の出力軸３の正・逆の回転によってバルブ２を開閉させ
るようになっている。まず、出力軸３の正の回転、図に
示した実施例では上方から見て時計回りを正の回転とし
て、この回転は、この出力軸３に摺動可能、回動不能に
取付けた円板１９に伝えられ、この円板１９とステム５
に固定した円板２０との間にコイルスプリング４が、そ
の両端部４ａと４ｂをそれぞれ円板１９と２０に固定さ
せて、装着されているので、このコイルスプリング４を
介して円板２０を回転させ、ステム５を正に回転させ
る。

【００２５】ステム５がねじ込まれているステムナット
６は、バルブ２のヨーク部２ａに固定されていて、ステ
ム５は正に回転することによって下方へ移動（往復動）
し、弁体７も下方へ移動して弁座８に接し、それ以上は
移動できず停止する。なお、図１は、弁体７が弁座８に
当接した状態を示しており、図２は、ステム５及び弁体
７が下方へ移動する前の状態を示している。

【００２６】円板１９の外周にピン９が固定してあり、
円板２０に円筒体１０が固定してあり、この円筒体１０
に設けた円周方向の溝形に窓１１にピン９を挿入してあ
り、上述の出力軸３が正に回転する以前及び正に回転し
て弁体７が弁座８に当接するまでは、ピン９は、コイル
スプリング４に予め与えられた反発弾性力によって、溝
形の窓１１の一方の端（次に説明する図３及び図４にお
ける１１ａ）に位置している。

【００２７】図３は、上記の円筒体１０の部分の外観斜
視図であって、上述のようにピン９が溝形の窓１１の一
方の端１１ａに当接している。図４から図６は、図３に
示した円筒体１０の内部を透視して、本実施例の作用を
説明するために、操作段階の中の３つの状態を示した説
明透視図であり、円筒体１０の外形を２点鎖線を用いて
示してある。なお、図３乃至図６に用いている符号は、
図１及び図２と共通している。

【００２８】図４は、出力軸３が正の回転を始める前の
状態を示している。図５は、出力軸３の回転が円板１
９、コイルスプリング４及び円板２０を介してステム５
を回転させ、ステム５がステムナット６にねじ込まれて
下降して、弁体７が弁座８に当接した図１に示した時の
状態を示したものであり、ステム５と共に円板２０、コ
イルスプリング４、円板１９及び円筒体１０も下降して
いる。

【００２９】この状態において、出力軸３は、更に回転
を続けるので、コイルスプリング４は、弁体７が弁座８
に当接して回転ができなくなった円板２０と出力軸３に
よって回転させられる円板１９との間でねじられ、コイ
ルスプリング４の反発弾性が増大し、ステム５を介して
弁体７と弁座８との間の圧着力を増大させる。この間、
円板１９の外周に固定してあるピン９は、出力軸３と共
に回転して、円筒体１０の溝形の窓１１の中を一方の端
１１ａから離れて移動する。

【００３０】弁体７と弁座８との間の圧着力が適正にな
るまで出力軸３が回転した頃、図２において、出力軸３
に連動してバルブ２の開閉の間を１回転以内で回転する
軸２１に固定された全閉停止用のカム１４が全閉停止用
のリミットスイッチ１５を作動させて、電動モータ１７
を停止させる。

【００３１】弁体７と弁座８との間の圧着力は、その状
態が維持されて流体の漏れを防いでおり、この圧着力が
適正であるように、全閉停止用のカム１４の固定位置が
予め調節されている。図６は、この時の状態を示してい
る。

【００３２】次に、電動モータ１７の回転によって出力
軸３が逆に回転すると、ねじられているコイルスプリン
グ４のねじりが次第に復元し、弁体７と弁座８との間の
圧着力が次第に減少する。この間、円板１９に固定した
ピン９は、円板２０に固定した円筒体１０の溝形の窓１
１の中を逆の方向に、一方の端１１ａに当接するまで移
動する。図５は、この時の状態を示している。

【００３３】出力軸３の回転が更に続くので、円板１９
に固定したピン９が円筒体１０の溝形の窓１１の一方の
端１１ａを押して、出力軸３の逆の回転がコイルスプリ
ング４を介してではなく、円筒体１０を介して円板２０
を回転し、ステム５を逆に回転させて固定したステムナ
ット６から抜き上げ、バルブ２を開弁する。

【００３４】このため、コイルスプリング４には、逆回
転のねじりが加わらず、ねじり荷重は一方向にだけ加え
られ、正・逆のねじり荷重を加えられる場合とは異なっ
て、疲労破壊が起き難い。

【００３５】バルブ２が全開になる頃、出力軸３に連動
してバルブ２の開閉の間を１回転以内で回転する軸２１
に調整可能に固定した全開停止用のカム１４が全開停止
用のリミットスイッチ１５を作動させて、電動モータ１
７を停止させる。このカム１４は、当然最適の位置に予
め調整されている。図４は、この時の状態を示してい
る。

【００３６】円筒体１０は、これに固定した円板体１２
の中心の穴１２ａに出力軸３が挿入されているので、上
述のようにピン９によって円筒体１０が回転させられる
時に、円筒体１０が振れて、円筒体１０が円板２０を介
して固定されているステム５に曲げ力を加えるのを防い
でいる。

【００３７】図７は、他の実施例を示す構造説明図であ
って、図１乃至図６に示した実施例とは異なり、出力軸
３に円板２０が固定され、この円板２０に円筒体１０が
固定されており、ステム５に円板１９が摺動可能、回動
不能に取付けられており、この円板１９にピン９が固定
され、このピン９は、円筒体１０に設けられた円周方向
の溝形の窓１１に挿入されていて、バルブ２を開弁する
時には、円筒体１０の溝形の窓１１がピン９を押してス
テム５を回転させるようになっている。

【００３８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の電動ア
クチュエータは、弁座部での圧着力を調節する機構を有
しており、その構造が簡単であってコストの低減を図る
ことが出来、しかも、調節が容易であって過大な圧着力
を与えて弁座部やその他の部分を損傷したり、過小な圧
着力を与えて弁座部からの漏れを生じたりするおそれが
ない等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動アクチュエータの一実施例を装着
したグローブバルブを示す縦断面図である。

【図２】図１に示した電動アクチュエータ付きグローブ
バルブの構造説明図である。

【図３】図１及び図２に示した実施例の円筒体の部分を
示す外観斜視図である。

【図４】図３に示した円筒体の内部を透視して、操作段
階の状態を示した説明透視図である。

【図５】図３に示した円筒体の内部を透視して、操作段
階の状態を示した説明透視図である。

【図６】図３に示した円筒体の内部を透視して、操作段
階の状態を示した説明透視図である。

【図７】他の実施例を示す構造説明図である。

【図８】弁座部での圧着力を調節する機構を有する従来
の電動アクチュエータの一例の一部分を示す構造説明図
である。

【符号の説明】

１ 電動アクチュエータ ２ グローブバルブ ３ 出力軸 ４ コイルスプリング ５ ステム ６ ステムナット ７ 弁体 ８ 弁座 ９ ピン １０ 円筒部 １１ 溝形の窓 １１ａ 一方の端 １２ 円板体 １２ａ 中心部の穴 １３ 全閉停止用のリミットスイッチ １４ 全閉停止用のカム １５ 全開停止用のリミットスイッチ １６ 全開停止用のカム ２１ 出力軸と連動する軸

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力軸の正・逆の回転によってバルブを
   開閉させるバルブ用電動アクチュエータであって、出力
   軸の正の回転をコイルスプリングを介してバルブのステ
   ム又はステムナットに直接又は間接に伝えてバルブの全
   開位置から全閉位置までステムを回転運動又は往復運動
   させ、弁体が弁座に接して弁体の動きが停止した後も、
   出力軸が更に正に回転してコイルスプリングをねじって
   弁体と弁座との間の圧着力を増大させ、一方、出力軸を
   逆に回転させて弁体を全閉位置から全開位置まで回転運
   動又は往復運動させる時には、コイルスプリングの上記
   のねじりが復元した後に、出力軸の逆の回転をバルブの
   ステム又はステムナットに直接伝える連動機構によって
   伝えるようにしたことを特徴とするバルブ用電動アクチ
   ュエータ。
2. 【請求項２】 上述の出力軸が更に正に回転してコイル
   スプリングをねじって増大させる弁体と弁座との間の圧
   着力の大きさを、全閉停止用のリミットスイッチを作動
   させるための出力軸又はこれと連動する軸に調整可能に
   固定した全閉停止用のカムを調整して設定し、上述の出
   力軸を逆に回転させた場合の全開位置での停止の位置
   を、全閉停止用のリミットスイッチを作動させるための
   出力軸又はこれと連動する軸に調整可能に固定した全開
   停止用のカムを調整して設定するようにした請求項１記
   載のバルブ用電動アクチュエータ。
3. 【請求項３】 出力軸の回転を受けるように接続された
   コイルスプリングとこのコイルスプリングの回転を受け
   るように接続され、この回転をステム又はステムナット
   に直接又は間接に伝えるように設けられた軸とを同一軸
   線上に配置して、これらの２つの軸の何れか一方の軸に
   半径方向にピンを固定し、他方の軸に円周方向の溝形の
   窓を有する円筒体をコイルスプリングを内蔵させて固定
   し、かつ、これらの固定の何れか一方を上記軸線方向に
   摺動可能にし、ピンを溝形の窓に挿入して、コイルスプ
   リングがねじられる時及びこのねじりが復元する時以外
   は、ピンはコイルスプリングの反発弾性力によって溝形
   の窓の一方の端に位置し、コイルスプリングがねじられ
   る時及びこのねじりが復元する時には、ピンは溝形の窓
   の中を相対的に移動するように構成した請求項１又は２
   記載のバルブ用電動アクチュエータ。
4. 【請求項４】 円筒体の固定されていない端部に円板体
   を固定し、上記の一方の軸をこの円板体の中心部の穴に
   挿入して、円筒体の振れを止めるようにした請求項１乃
   至３の何れか１項に記載のバルブ用電動アクチュエー
   タ。