KR102052678B1

KR102052678B1 - 조작기

Info

Publication number: KR102052678B1
Application number: KR1020180013245A
Authority: KR
Inventors: 도모후미 오하시
Original assignee: 아즈빌주식회사
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-12-06
Anticipated expiration: 2038-02-02
Also published as: KR20180090754A; JP2018126024A; CN108386591A; US10584800B2; CN108386591B; US20180224018A1; JP6758211B2

Abstract

본 발명은 스프링 유닛을 탑재한 전동식의 조작기의 동력 전달 기구를 구성하는 기어의 장수명화와 조작기의 소형화를 도모하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 조작기(100)는, 제1 모터(8A)와, 제1 모터에 의한 회전력을 받아 회전하는 태양 기어(2)와, 그 내주면에 톱니를 갖고, 태양 기어를 둘러싸는 형태로 배치되는 제1 내치 기어(3)와, 제1 내치 기어에 대해, 제1 내치 기어의 회전을 방해하는 방향으로 힘을 가하는 제2 모터(8B)와, 태양 기어와 제1 내치 기어 사이에 배치되고, 태양 기어와 제1 내치 기어와 맞물려 태양 기어 주위를 공전하면서 자전할 수 있게 구성되는 복수의 유성 기어(4)와, 복수의 유성 기어의 회전력을 받아 회전하는 회전 기구(6)와, 회전 기구에 연결되는 출력축(7)과, 제1 모터 및 제2 모터에의 전원의 공급이 정지된 경우에, 출력축에 회전력을 부여하는 스프링 유닛(9)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

조작기{ACTUATOR}

본 발명은 기기를 조작하기 위한 조작기에 관한 것으로, 예컨대 로터리식의 조절 밸브의 밸브축을 조작하기 위한 조작기에 관한 것이다.

버터플라이 밸브 등의 로터리식의 조절 밸브를 조작하기 위한 전동식의 조작기(액추에이터)는, 구동용 모터로부터 발생한 회전력을 기어 기구를 통해 출력축에 전달함으로써, 출력축에 연결된 밸브축을 구동한다.

이러한 조작기는, 일반적으로, 정전 등에 의해 전원 공급이 차단된 경우에 조절 밸브를 폐쇄하는 긴급 차단 기능을 구비하고 있다. 이 긴급 차단 기능을 구비한 전동식의 조작기로서는, 상기 기어 기구와는 별도로 설치된 스프링 유닛에 의해 출력축을 강제적으로 회전시켜 조절 밸브를 폐쇄하는 스프링 리턴 타입의 조작기가 알려져 있다.

일반적으로, 전동식의 조작기를 구성하는 구동용 모터는, 디텐트(detent) 토크를 갖고 있다. 그 때문에, 조작기의 전원 공급이 차단된 경우에, 구동용 모터에 연결되어 있는 기어 기구를, 스프링 유닛으로부터의 토크에 의해 출력축측으로부터 회전시키는 것은 용이하지 않다. 그래서, 일반적인 스프링 리턴 타입의 조작기는, 구동용 모터와 기어 기구의 연결을 절단하는 클러치 기구를 탑재하고 있다. 그러나, 클러치 기구에 의해 구동용 모터와의 연결을 절단한 상태에 있어서, 스프링 유닛으로부터의 토크에 의해 출력축을 구동하는 스프링 리턴 동작에서는, 구동용 모터의 회전력에 의해 출력축을 구동하는 모터 동작에 비해, 출력축의 회전 속도가 빠르다. 그 때문에, 리턴 동작에 의해 출력축의 회전이 정지되었을 때, 기어 기구를 구성하고 있는 각 기어에는, 큰 충격(이하, 「리턴 충격」이라고 칭함)이 가해진다. 그래서, 종래의 스프링 리턴 타입의 조작기에서는, 기어가 받는 리턴 충격을 작게 하기 위해서, 전술한 클러치 기구에 더하여, 브레이크 기구를 설치하고 있었다(특허문헌 1, 2 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제08-178119호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2016-023684호 공보

그러나, 특허문헌 1, 2에 개시된 조작기와 같이, 평기어를 늘어놓은 기어 기구나 유성 기어 기구로 이루어지는 동력 전달 기구에 의해 구동용 모터로부터의 회전력을 출력축에 전달하는 구조를 갖는 조작기에서는, 스프링 리턴 동작에 의해 출력축의 회전을 정지시켰을 때에, 매회 특정한 기어의 톱니가 리턴 충격을 받는다. 그 때문에, 가령 브레이크 기구를 탑재하여 리턴 충격을 작게 했다고 해도, 리턴 충격을 받는 기어의 톱니가 매회 동일하기 때문에, 그 특정한 톱니의 수명에 의해 조작기의 수명이 결정되어 버린다. 이 문제는, 조작기의 동력 전달 기구로서, 패러독스 유성 기어 기구를 채용한 경우도 마찬가지이다.

또한, 특허문헌 1, 2에 개시된 조작기와 같이 클러치 기구와 브레이크 기구를 탑재한 경우, 조작기의 구조가 복잡해지고, 조작기가 대형이 된다고 하는 과제도 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 스프링 유닛을 탑재한 전동식의 조작기의 동력 전달 기구를 구성하는 기어의 장수명화와 조작기의 소형화를 도모하는 것에 있다.

본 발명에 따른 조작기(100, 100A, 100B)는, 제1 모터(8A)와, 제1 모터에 의한 회전력을 받아 회전하는 태양 기어(2)와, 그 내주면에 톱니를 갖고, 태양 기어를 둘러싸는 형태로 배치되는 제1 내치 기어(3)와, 제1 내치 기어에 대해, 제1 내치 기어의 회전을 방해하는 방향으로 힘을 가하는 제2 모터(8B)와, 태양 기어와 제1 내치 기어 사이에 배치되고, 태양 기어와 제1 내치 기어와 맞물려 태양 기어 주위를 공전하면서 자전할 수 있게 구성되는 복수의 유성 기어(4)와, 복수의 유성 기어의 회전력을 받아 회전하는 회전 기구(6, 11)와, 회전 기구에 연결되는 출력축(7)과, 제1 모터 및 제2 모터에의 전원의 공급이 정지된 경우에, 출력축에 회전력을 부여하는 스프링 유닛(9)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 조작기에 있어서, 여자(勵磁)되어 있을 때의 제2 모터의 정지(靜止) 토크는, 스프링 유닛이 출력축에 부여하는 회전력보다 크고, 또한, 제2 모터의 디텐트 토크는, 스프링 유닛이 출력축에 부여하는 회전력보다 작아도 좋다.

상기 조작기에 있어서, 제2 모터 및 제1 내치 기어에 연결되고, 제1 내치 기어에 대해, 제2 모터의 상기 정지 토크를 제1 내치 기어의 회전을 방해하는 방향으로 전달하는 회전 제어 기구(5)를 더 구비하고 있어도 좋다.

상기 조작기에 있어서, 회전 기구는, 그 내주면에 유성 기어와 맞물리는 톱니를 갖고, 제1 내치 기어와 동축으로 회전 가능하게 설치되는 제2 내치 기어(6)를 포함해도 좋다.

상기 조작기에 있어서, 회전 기구는, 복수의 유성 기어를 자전 가능하게 지지하고, 복수의 유성 기어의 공전의 움직임을 출력축에 전달하는 캐리어(11)를 포함해도 좋다.

한편, 상기 설명에서는, 일례로서, 발명의 구성 요소에 대응하는 도면 상의 참조 부호를, 괄호를 붙여 기재하고 있다.

이상 설명한 것에 의해, 본 발명에 의하면, 스프링 유닛을 탑재한 전동식의 조작기의 동력 전달 기구를 구성하는 기어의 장수명화와 조작기의 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.

도 1은 실시형태 1에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 도시한 사시도이다.
도 2는 실시형태 1에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 도시한 단면도이다.
도 3은 실시형태 1에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 도시한 평면도이다.
도 4는 실시형태 1에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 도시한 다른 평면도이다.
도 5는 실시형태 2에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 도시한 단면도이다.
도 6은 구동용 모터와 태양 기어 사이에 기어 기구를 구비한 다른 조작기의 주요부를 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 이하의 설명에 있어서, 각 실시형태에 있어서 공통되는 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 반복되는 설명을 생략한다.

≪실시형태 1≫

도 1 내지 도 4는 실시형태 1에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 도시한 도면이다.

도 1에는, 조작기(100)의 동력 전달 기구의 사시도가 도시되고, 도 2에는, 조작기(100)의 동력 전달 기구의 단면도가 도시되며, 도 3, 도 4에는, 조작기(100)의 동력 전달 기구의 평면도가 각각 도시되어 있다.

실시형태 1에 따른 조작기(100)는, 예컨대, 플랜트 등에 있어서 유량의 프로세스 제어에 이용되는 버터플라이 밸브 등의 로터리식의 조절 밸브를 조작하는 전동식의 조작기(액추에이터)이다. 예컨대, 조작기(100)는, 외부에 설치된 포지셔너로부터 공급되는 조작 신호에 기초하여 밸브축을 조작함으로써, 조절 밸브의 밸브 개도를 제어한다. 또한, 조작기(100)는, 전원 차단 시에, 스프링 유닛(9)으로부터의 토크에 의해 출력축을 구동하는 스프링 리턴 동작에 의해, 조절 밸브를 폐쇄하는 긴급 차단 기능을 구비한다.

구체적으로, 조작기(100)는, 전원이 공급되고 있는 경우에는, 동력 전달부(1)를 구성하는 기어의 하나인 제1 내치 기어(3)의 회전을 억제함으로써, 동력 전달부(1)를 패러독스 유성 기어 기구로서 기능시켜, 구동용 모터(8A)로부터의 회전력을 구동 대상물(200)로서의 밸브축에 전달한다. 한편, 전원이 공급되고 있지 않은 경우에는, 조작기(100)는, 제1 내치 기어(3)의 회전을 가능하게 함으로써, 스프링 유닛(9)으로부터의 입력 토크에 의해 상기 패러독스 유성 기어 기구를 구성하는 복수의 기어를 일체로서 회전시켜 밸브축을 조작하여, 조절 밸브를 폐쇄한다.

이하, 조작기(100)의 구체적인 구조에 대해, 상세히 설명한다.

한편, 본 실시형태에서는, 조작기(100)의 동력 전달 기구의 구조를 명확히 하기 위해서, 조작기(100)를 구성하는 일부의 구성 요소에 대한 상세한 설명과 도시를 생략한다. 예컨대, 조작기(100)는, 동력 전달 기구 외에, 포지셔너로부터 공급되는 조작 신호에 기초하여 구동용 모터(8A)의 회전을 제어하는 전자 회로부나 전원 유닛 등도 구비하지만, 본 실시형태에서는, 이들의 상세한 설명 및 도시를 생략한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 조작기(100)는, 제1 모터로서의 구동용 모터(8A), 제2 모터로서의 고정용 모터(8B), 동력 전달부(1), 및 스프링 유닛(9)을 구비한다.

구동용 모터(8A)는, 조작기(100)에 전원이 공급되고 있는 경우(통상 동작 시)에, 구동 대상물(200)로서의 밸브축을 조작하기 위한 회전력을 발생시키는 부품이다. 구동용 모터(8A)는, 전술한 전자 회로부(도시하지 않음)를 통해 전력이 공급됨으로써 회전이 제어되는 전동 모터이며, 예컨대, 브러시리스 모터나 스테핑 모터이다.

고정용 모터(8B)는, 조작기(100)에 전원이 공급되고 있는 경우에, 동력 전달부(1)를 구성하는 기어의 하나인 제1 내치 기어(3)에 대해, 제1 내치 기어(3)의 회전을 방해하는 방향으로 힘을 가하는 부품이다. 고정용 모터(8B)는, 구동용 모터(8A)와 마찬가지로, 전술한 전자 회로부(도시하지 않음)를 통해 전력이 공급됨으로써 여자되는 전동 모터이며, 예컨대, 브러시리스 모터나 스테핑 모터이다.

고정용 모터(8B)가 여자될 때, 고정용 모터(8B)의 출력축은 정지한다. 이하, 고정용 모터(8B)가 여자될 때에 그 출력축에 발생하는 힘을 「정지 토크」라고 칭한다.

고정용 모터(8B)는, 조작기(100)에 전원이 공급되고 있는 경우, 즉 고정용 모터(8B)가 통전되는 경우에, 구동용 모터(8A)로부터 태양 기어(2) 및 유성 기어(4)를 통해 제1 내치 기어(3)에 전달되는 제1 내치 기어(3)를 회전시키려고 하는 힘에 대향하는 힘(정지 토크)을 발생시킨다. 그 힘은, 후술하는 회전 제어 기구(5)를 통해 제1 내치 기어(3)에 부여됨으로써, 제1 내치 기어(3)의 회전을 억제한다.

한편, 조작기(100)에의 전원 공급이 정지된 경우, 즉 고정용 모터(8B)가 통전되지 않은 경우에, 고정용 모터(8B)는, 디텐트 토크에 의해 제1 내치 기어(3)의 회전을 제동한다.

여기서, 고정용 모터(8B)의 디텐트 토크는, 구동용 모터(8A)의 디텐트 토크, 기어 기구로서의 감속비나 스프링 동작 시의 스프링 유닛(9)의 토크, 및 스프링 동작 시의 스프링 동작 시간을 고려하여, 적절히 설정하면 된다. 예컨대, 구동용 모터(8A)의 디텐트 토크에 의해 태양 기어(2)의 회전이 억제된 상태에서, 스프링 유닛(9)에 의한 스프링 동작을 가능하게 하는 것과 같은 고정용 모터(8B)의 디텐트 토크를 선택하면 된다.

동력 전달부(1)는, 구동용 모터(8A)에 의한 회전력을 구동 대상물(200)로서의 밸브축에 전달함으로써, 조절 밸브의 개폐를 조작하는 기능부이다.

스프링 유닛(9)은, 조작기(100)를 구성하는 구동용 모터(8A)를 포함하는 전자 부품에의 전원 공급이 정지된 경우에, 밸브축을 조작하여 조절 밸브를 폐쇄하는 기능부이다. 스프링 유닛(9)은, 예컨대, 플랫 스파이럴 스프링 등의 스프링 부재를 구비하는 조작기이다. 구체적으로, 스프링 유닛(9)은, 구동용 모터(8A) 등에 전원이 공급되고 있는 기간에 스프링 부재를 감아 올림으로써 에너지를 축적해 두고, 구동용 모터(8A) 등에의 전원 공급이 정지되었을 때에, 스프링 부재에 축적된 에너지를 해방시켜 후술하는 동력 전달부(1)의 출력축(7)을 구동함으로써, 조절 밸브를 폐쇄한다.

다음으로, 동력 전달부(1)의 구체적인 구조에 대해 설명한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 동력 전달부(1)는, 태양 기어(2), 제1 내치 기어(3), 유성 기어(4), 회전 제어 기구(5), 회전 기구(6), 및 출력축(7)을 갖는다. 여기서, 동력 전달부(1)를 구성하는 태양 기어(2), 제1 내치 기어(3), 복수의 유성 기어(4), 회전 제어 기구(5), 및 회전 기구(6)는, 예컨대 금속으로 이루어지는 하우징(도시하지 않음)에 수용된다.

태양 기어(2)는, 구동용 모터(8A)에 의한 회전력을 받아 회전(자전)하는 기어 부품이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 태양 기어(2)는, 일단이 구동용 모터(8A)의 회전축에 연결된다.

제1 내치 기어(3)는, 태양 기어(2)를 둘러싸는 형태로 배치되고, 그 내주면에 톱니를 가지며, 회전 가능하게 설치되는 기어 부품이다. 구체적으로, 제1 내치 기어(3)는, 내치 기어부(32)와 외치 기어부(31)로 구성된다.

내치 기어부(32)는, 그 내주면에, 후술하는 복수의 유성 기어(4)와 맞물리는 톱니(32a)가 형성된다. 내치 기어부(32)는, 복수의 유성 기어(4)의 회전을 가이드한다. 외치 기어부(31)는, 그 외주면에, 회전 제어 기구(5)를 구성하는 기어와 맞물리는 복수의 톱니(31a)가 형성된다. 여기서, 내치 기어부(32)와 외치 기어부(31)는, 예컨대, 일체 형성된다.

회전 제어 기구(5)는, 고정용 모터(8B)의 회전력에 기초하여, 제1 내치 기어(3)의 회전을 제어한다. 보다 구체적으로는, 회전 제어 기구(5)는, 고정용 모터(8B) 및 제1 내치 기어(3)에 연결되고, 제1 내치 기어(3)에 대해, 고정용 모터(8B)의 정지 토크를 제1 내치 기어(3)의 회전을 방해하는 방향으로 전달하는 기어 기구에 의해 구성된다. 예컨대, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 제어 기구(5)는, 고정용 모터(8B)의 출력축에 연결되는 기어(51)와, 기어(51)에 맞물리는 기어(52)와, 기어(52) 및 제1 내치 기어(3)의 외치 기어부(31)에 맞물리는 기어(53)를 포함한다.

여기서, 회전 제어 기구(5)의 기어 기구로서의 감속비, 즉, 그 기어 기구를 구성하는 기어의 종류, 기어의 개수, 및 각 기어의 톱니수 등은, 스프링 동작 시의 스프링 유닛(9)의 토크나 고정용 모터(8B)의 디텐트 토크를 고려하여, 적절히 설정하면 된다.

유성 기어(4)는, 태양 기어(2) 및 제1 내치 기어(3)와 맞물려 태양 기어(2) 주위를 공전하면서 자전할 수 있게 구성되는 기어 부품이다. 조작기(100)에서는, 유성 기어(4)가, 태양 기어(2)와 제1 내치 기어(3) 사이에 복수(예컨대, 3개) 배치된다. 도 1 내지 도 4에서는, 일례로서, 태양 기어(2)와 제1 내치 기어(3) 사이에 3개의 유성 기어가 배치되는 경우가 도시된다.

회전 기구(6)는, 복수의 유성 기어(4)의 회전력을 받아 회전하는 부품이다. 회전 기구(6)는, 그 내주면에 유성 기어(4)와 맞물리는 톱니를 갖고, 제1 내치 기어(3)와 동축으로 회전 가능하게 설치되는 제2 내치 기어이다. 제2 내치 기어는, 복수의 유성 기어(4)의 자전 및 공전의 움직임을 출력축(7)에 전달하는 가동 내치 기어로서 기능한다. 이하, 회전 기구(6)를 「제2 내치 기어(6)」라고도 칭한다.

구체적으로, 제2 내치 기어(6)는, 그 내주면에 복수의 유성 기어(4)와 맞물리는 톱니(61a)가 형성되는 기어부(61)와, 복수의 유성 기어(4)를 회전 가능하게 지지하는 지지부(62)를 포함한다. 지지부(62)에는, 구멍(62a)이 형성된다. 지지부(62)의 구멍(62a)에는, 출력축(7)이 끼워 넣어진다.

출력축(7)은, 제2 내치 기어(6)의 회전력에 따라, 구동 대상물(200)로서의 조절 밸브의 밸브축을 회전시키기 위한 부품이다. 구체적으로, 출력축(7)은, 일단이 제2 내치 기어(6)의 구멍(62a)에 끼워 넣어져 연결되고, 타단이 구동 대상물(200)로서의 밸브축에 연결된다.

여기서, 전술한 태양 기어(2), 제1 내치 기어(3), 복수의 유성 기어(4), 회전 제어 기구(5), 및 제2 내치 기어(6)는, 수지 재료(예컨대, 폴리아세탈 수지)에 의해 구성된다.

다음으로, 조작기(100)의 동작 원리에 대해 설명한다.

먼저, 조작기(100)에 전원이 공급되고 있는 경우에 대해 설명한다.

조작기(100)에 전원이 공급되는 경우, 구동용 모터(8A) 및 고정용 모터(8B)가 통전된다. 고정용 모터(8B)는, 제1 내치 기어(3)에 대해, 회전 제어 기구(5)를 통해 제1 내치 기어(3)의 회전을 방해하는 방향으로 힘(정지 토크)을 부여한다. 이에 의해, 제1 내치 기어(3)는, 회전 불가능한 상태가 되어, 고정 내치 기어로서 기능한다. 즉, 태양 기어(2), 복수의 유성 기어(4), 제1 내치 기어(3)(고정 내치 기어), 및 제2 내치 기어(가동 내치 기어)(6)에 의해, 하나의 패러독스 유성 기어 기구(감속기)가 실현된다.

이 상태에 있어서, 구동용 모터(8A)의 회전축이 회전하면, 그 회전력이 태양 기어(2)에 전달되어, 태양 기어(2)가 회전한다. 태양 기어(2)의 회전력에 의해, 태양 기어(2)와 맞물리는 복수의 유성 기어(4)가 자전하면서 고정 내치 기어로서의 제1 내치 기어(3)의 내치 기어부(32)의 내주를 따라 회전(공전)한다. 복수의 유성 기어(4)의 회전력에 의해, 이들 유성 기어(4)와 맞물려 있는 가동 내치 기어로서의 제2 내치 기어(6)가 회전한다. 이에 의해, 제2 내치 기어(6)와 연결되는 출력축(7)이 회전한다. 이 출력축(7)에 밸브축을 연결함으로써, 구동용 모터(8A)의 회전력을 크게 감속시킨 회전력에 의해 밸브축을 회전시켜, 조절 밸브의 밸브 개도를 제어하는 것이 가능해진다.

다음으로, 조작기(100)에의 전원 공급이 차단된 경우에 대해 설명한다.

이 경우, 구동용 모터(8A) 및 고정용 모터(8B)의 전력 공급이 정지되고, 스프링 유닛(9)의 스프링 부재에 축적되어 있던 에너지가 해방되어, 출력축(7)에 대해 스프링 유닛(9)으로부터 토크가 입력된다. 그 토크는, 출력축(7)을 통해 제2 내치 기어(6)에 가해진다. 이에 의해, 제2 내치 기어(6)로부터 복수의 유성 기어(4)를 통해 제1 내치 기어(3) 및 태양 기어(2)에 회전력이 가해진다.

한편, 태양 기어(2)에는, 구동용 모터(8A)의 디텐트 토크에 의해, 스프링 유닛(9)으로부터의 회전력을 상쇄시키는 방향으로 힘이 가해진다. 마찬가지로, 제1 내치 기어(3)에는, 고정용 모터(8B)의 디텐트 토크에 의해, 스프링 유닛(9)으로부터의 회전력을 상쇄시키는 방향으로 힘이 가해진다.

이때, 스프링 유닛(9)으로부터 출력축(7), 제2 내치 기어(6), 및 복수의 유성 기어(4)를 통해 제1 내치 기어(3)에 부여되는 토크가, 고정용 모터(8B)로부터 회전 제어 기구(5)를 통해 제1 내치 기어(3)에 부여되는 디텐트 토크보다 큰 경우에는, 제2 내치 기어(6), 복수의 유성 기어(4), 및 제1 내치 기어(3)는, 일체가 되어 태양 기어(2) 주위를 회전한다. 즉, 제1 내치 기어(3)가 회전 가능한 상태가 됨으로써, 태양 기어(2), 복수의 유성 기어(4), 제1 내치 기어(3), 및 제2 내치 기어(6)에 의해 구성되어 있던 패러독스 유성 기어 기구의 셀프 로크 기능이 해제되어, 스프링 유닛(9)에 의한 출력축(7)(밸브축)의 조작이 가능해진다. 한편, 이때, 유성 기어(4)는 자전하지 않는다.

이와 같이, 스프링 유닛(9)으로부터 출력축(7), 제2 내치 기어(6), 및 복수의 유성 기어(4)를 통해 제1 내치 기어(3)에 부여되는 토크가, 고정용 모터(8B)로부터 회전 제어 기구(5)를 통해 제1 내치 기어(3)에 부여되는 디텐트 토크보다 커지도록 기어 기구를 구성한 경우에는, 전원 차단 시에 스프링 유닛(9)으로부터의 입력 토크에 의해, 제2 내치 기어(6), 복수의 유성 기어(4), 및 제1 내치 기어(3)가 일체가 되어 태양 기어(2) 주위를 회전하여, 조절 밸브를 폐쇄할 수 있다.

여기서, 스프링 유닛(9)으로부터 출력축(7), 제2 내치 기어(6), 및 복수의 유성 기어(4)를 통해 제1 내치 기어(3)에 부여되는 토크를, 고정용 모터(8B)로부터 회전 제어 기구(5)를 통해 제1 내치 기어(3)에 부여되는 디텐트 토크보다 크게 하기 위해서는, 예컨대, 고정용 모터(8B)로서, 회전 제어 기구(5)의 감속비를 고려한 후에, 스프링 유닛(9)으로부터 출력축(7)에 입력되는 토크보다 작은 디텐트 토크를 갖는 전동 모터를 이용하면 된다.

실시형태 1에 따른 조작기(100)에 있어서, 스프링 리턴 동작에 의해 조절 밸브를 폐쇄했을 때, 종래의 조작기의 기어 기구와 마찬가지로, 제2 내치 기어(6), 복수의 유성 기어(4), 및 제1 내치 기어(3)는 리턴 충격을 받는다. 그러나, 조작기(100)에 있어서는, 스프링 리턴 동작 시에, 제2 내치 기어(6), 복수의 유성 기어(4), 및 제1 내치 기어(3)가 전원 차단 시의 맞물림 상태인 채로 일체가 되어 태양 기어(2) 주위를 공전한다. 그 때문에, 리턴 충격을 받는 각 기어의 톱니의 조합은, 전원 차단 시의 맞물림에 의존한다. 전원 차단 시의 각 기어의 조합은, 매회 동일할 가능성은 낮다. 따라서, 조작기(100)에 의하면, 종래의 조작기의 기어 기구와 같이 매회 특정한 톱니가 리턴 충격을 받는 것이 아니라, 리턴 충격을 받는 톱니를 매회 다르게 하는 것이 가능해진다.

또한, 고정용 모터(8B)의 디텐트 토크에 의해, 리턴 동작 시의 회전 속도가 억제되기 때문에, 리턴 충격을 작게 할 수 있다.

이상, 실시형태 1에 따른 조작기(100)는, 종래의 스프링 리턴 타입의 조작기와 같이 구동용 모터(8A)와 기어 기구의 연결을 절단하는 구조가 아니라, 구동용 모터(8A)와는 별도로 설치한 고정용 모터(8B)에 의해, 패러독스 유성 기어 기구의 고정 내치 기어로서 기능하는 제1 내치 기어(3)의 회전 불가능한 상태와 회전 가능한 상태를 전환하는 구조를 갖는다. 이것에 의하면, 전술한 바와 같이, 전원 차단 시의 스프링 리턴 동작에 있어서, 제2 내치 기어(6), 복수의 유성 기어(4), 및 제1 내치 기어(3)가 전원 차단 시의 맞물림 상태인 채로 일체가 되어 태양 기어(2) 주위를 공전하기 때문에, 리턴 충격을 받는 각 기어의 톱니의 조합을 매회 다르게 하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 스프링 리턴 동작 시에 매회 특정한 톱니가 리턴 충격을 받는 종래의 스프링 유닛을 탑재한 전동식의 조작기에 비해, 기어 기구를 구성하는 기어의 장수명화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 일반적으로, 패러독스 유성 기어 기구는, 출력측으로부터의 입력 토크에 의한 회전을 저지시키는 셀프 로크 기능을 갖기 때문에, 스프링 리턴 타입의 조작기의 동력 전달 기구로서 적용하는 것은 용이하지 않았다. 그러나, 본 실시형태에 따른 동력 전달부(1)에 의하면, 고정용 모터(8B)에 의해, 패러독스 유성 기어 기구의 고정 내치 기어로서 기능하는 제1 내치 기어(3)를 회전 불가능한 상태로부터 회전 가능한 상태로 전환하는 구조를 갖기 때문에, 전원 차단 시에 패러독스 유성 기어 기구의 셀프 로크 기능을 해제할 수 있다. 이에 의해, 동력 전달부(1)를 스프링 리턴 타입의 조작기의 동력 전달 기구로서 적용하는 것이 가능해지기 때문에, 종래보다, 소형이며 또한 저렴한 스프링 리턴 타입의 조작기를 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 조작기(100)에 의하면, 스프링 리턴 타입의 종래의 조작기에 있어서의 클러치 기구 및 브레이크 기구를, 고정 내치 기어로서의 제1 내치 기어(3)에 연결한 고정용 모터(8B)에 의해 실현하기 때문에, 종래의 조작기에 비해 부품 개수를 줄일 수 있고, 제품의 소형화가 가능해진다.

≪실시형태 2≫

도 5는 실시형태 2에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 도시한 단면도이다.

실시형태 2에 따른 조작기(100A)는, 동력 전달부로서 유성 기어 기구를 갖는 점에서, 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 상이하고, 그 외의 점에서는, 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 동일하다.

구체적으로는, 조작기(100A)의 동력 전달부(1A)는, 회전 기구로서의 제2 내치 기어(6) 대신에, 복수의 유성 기어(4)를 자전 가능하게 지지하고, 복수의 유성 기어(4)의 공전의 움직임을 출력축(7)에 전달하는 캐리어(11)를 갖는다.

캐리어(11)는, 복수의 유성 기어(4)를 통해, 제1 내치 기어(3)와 대면 배치된다. 구체적으로, 캐리어(11)는, 제1 내치 기어(3)와 함께, 복수의 유성 기어(4)를 회전 가능하게 상하 방향으로부터 사이에 끼워 유지한다. 구체적으로, 캐리어(11)의 지지면(11a)에 형성된 홈(11b)에 각 유성 기어(4)의 일부를 끼워 넣음으로써, 캐리어(11)의 지지면(11a) 상에 복수의 유성 기어(4)가 회전(공전) 가능하게 지지된다. 또한, 캐리어(11)의 지지면(11a)에는, 실시형태 1에 있어서의 제2 내치 기어(6)와 마찬가지로, 구멍(11c)이 형성되고, 그 구멍(11c)에 출력축(7)이 끼워 넣어진다.

실시형태 2에 따른 조작기(100A)에 있어서, 조작기(100A)에 전원이 공급되고 있는 경우에는, 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 동일한 원리에 의해, 고정용 모터(8B)에 의해 제1 내치 기어(3)가 고정되어 회전 불가능한 상태가 된다. 이 상태에 있어서, 구동용 모터(8A)의 회전력이 태양 기어(2)에 가해지면, 태양 기어(2) 주위에 배치된 복수의 유성 기어(4)가, 고정된 제1 내치 기어(3)의 내주면을 따라 태양 기어(2) 주위를 공전한다. 캐리어(11)는, 이 유성 기어(4)의 회전력을 받아 태양 기어(2)와 동축으로 회전한다. 이에 의해, 캐리어(11)에 연결된 출력축(7)이 회전하여, 밸브축을 조작할 수 있다.

한편, 조작기(100A)에의 전원 공급이 차단된 경우에는, 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 동일한 원리에 의해, 제1 내치 기어(3)가 고정용 모터(8B)의 디텐트 토크에 의해서만 고정된다. 이 상태에 있어서, 이 디텐트 토크보다 큰 토크가, 스프링 유닛(9)으로부터 출력축(7), 제2 내치 기어(6), 및 복수의 유성 기어(4)를 통해 제1 내치 기어(3)에 부여되는 경우에는, 캐리어(11), 복수의 유성 기어(4), 및 제1 내치 기어(3)는, 일체가 되어 태양 기어(2) 주위를 회전한다. 이에 의해, 출력축(7)이 회전하여, 조절 밸브가 폐쇄된다. 또한, 고정용 모터(8B)의 디텐트 토크에 의해, 리턴 동작 시의 회전 속도가 억제되어, 리턴 충격을 작게 할 수 있다.

이상, 실시형태 2에 따른 조작기(100A)에 의하면, 구동용 모터의 동력을 밸브축에 전달하는 동력 전달부로서, 패러독스 유성 기어 기구 대신에 유성 기어 기구를 채용한 경우라도, 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 마찬가지로, 스프링 리턴 동작 시에 리턴 충격을 받는 각 기어의 톱니의 조합을 매회 다르게 하는 것이 가능해지기 때문에, 그 유성 기어 기구를 구성하는 기어의 장수명화를 도모하는 것이 가능해진다.

≪실시형태의 확장≫

이상, 본 발명자들에 의해 이루어진 발명을 실시형태에 기초하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 그것에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

예컨대, 실시형태 1, 2에서는, 회전 제어 기구(5)를 3개의 기어로 구성하는 경우를 예시하였으나, 기어의 개수는 이것에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 회전 제어 기구(5)를 기어(51)에 의해서만 구성하고, 기어(51)를 제1 내치 기어(3)와 연결해도 좋다. 혹은, 회전 제어 기구(5)를 설치하지 않고, 고정용 모터(8B)와 제1 내치 기어(3)를 직접 연결해도 좋다.

또한, 실시형태 1, 2에서는, 구동용 모터(8A)를 태양 기어(2)에 직접 연결하는 경우를 예시하였으나, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 동력 전달부(1B)에 있어서, 구동용 모터(8A)와 태양 기어(2)를 기어(21, 22)로 이루어지는 기어 기구를 통해 연결해도 좋다.

또한, 상기 실시형태에서는, 조작기(100, 100A, 및 100B)를, 조절 밸브의 밸브축을 조작하는 조작기로서 적용하는 경우를 예시하였으나, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 조작기(100, 100A, 및 100B)를, 댐퍼의 댐퍼 샤프트를 조작하는 조작기로서도 적용할 수도 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 태양 기어(2), 제1 내치 기어(3), 복수의 유성 기어(4), 회전 제어 기구(5), 및 제2 내치 기어(6)의 각 부품이 수지 재료로 구성되는 경우를 예시하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 다른 재료에 의해 구성되어도 좋다. 예컨대, 전술한 각 부품은, 금속 재료(예컨대, 철강 재료)에 의해 구성되어도 좋다.

100, 100A, 100B: 조작기 1, 1A, 1B: 동력 전달부
2: 태양 기어 3: 제1 내치 기어
4: 유성 기어 5: 회전 제어 기구
6: 제2 내치 기어(회전 기구) 7: 출력축
8A: 구동용 모터 8B: 고정용 모터
9: 스프링 유닛 11: 캐리어(회전 기구)
11a: 지지면 11b: 홈
11c: 구멍 31: 외치 기어부
32: 내치 기어부 31a, 32a, 61a: 톱니
61: 기어부 62: 지지부
62a: 구멍 21, 22, 51, 52, 53: 기어
200: 구동 대상물

Claims

제1 모터와,
상기 제1 모터에 의한 회전력을 받아 회전하는 태양 기어와,
그 내주면에 톱니를 갖고, 상기 태양 기어를 둘러싸는 형태로 배치되는 제1 내치 기어와,
상기 제1 내치 기어에 대해, 상기 제1 내치 기어의 회전을 방해하는 방향으로 힘을 가하는 제2 모터와,
상기 태양 기어와 상기 제1 내치 기어 사이에 배치되고, 상기 태양 기어와 상기 제1 내치 기어와 맞물려 상기 태양 기어 주위를 공전하면서 자전할 수 있게 구성되는 복수의 유성 기어와,
상기 복수의 유성 기어의 회전력을 받아 회전하는 회전 기구와,
상기 회전 기구에 연결되는 출력축과,
상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에의 전원의 공급이 정지된 경우에, 상기 출력축에 회전력을 부여하는 스프링 유닛
을 구비하고,
여자(勵磁)되어 있을 때의 상기 제2 모터의 정지(靜止) 토크는, 상기 스프링 유닛이 상기 출력축에 부여하는 회전력보다 크고, 또한, 상기 제2 모터의 디텐트 토크는, 상기 스프링 유닛이 상기 출력축에 부여하는 회전력보다 작은 것을 특징으로 하는 조작기.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 제2 모터 및 상기 제1 내치 기어에 연결되고, 상기 제1 내치 기어에 대해, 상기 제2 모터의 상기 정지 토크를 상기 제1 내치 기어의 회전을 방해하는 방향으로 전달하는 회전 제어 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조작기.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,
상기 회전 기구는,
그 내주면에 상기 유성 기어와 맞물리는 톱니를 갖고, 상기 제1 내치 기어와 동축으로 회전 가능하게 설치되는 제2 내치 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작기.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,
상기 회전 기구는,
상기 복수의 유성 기어를 자전 가능하게 지지하고, 상기 복수의 유성 기어의 공전의 움직임을 상기 출력축에 전달하는 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작기.