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差動歯車式のバルブ操作機 - 株式会社クボタ
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発明の名称 差動歯車式のバルブ操作機
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−132357(P2007−132357A)
公開日 平成19年5月31日(2007.5.31)
出願番号 特願2005−322962(P2005−322962)
出願日 平成17年11月8日(2005.11.8)
代理人 【識別番号】100113859
【弁理士】
【氏名又は名称】板垣 孝夫
発明者 藤山 大士
要約 課題
高さ方向において小型化することが可能である差動歯車式のバルブ操作機を提供する。

解決手段
同一の軸心4を中心として回転自在な入力軸5と出力部6とが備えられ、出力部6はケーシング2内に回転自在に保持され、入力軸5は偏心カム5bを下端部に有しており、出力部6は減速機構3を介して入力軸5に連動し、減速機構3は互いに歯合する内歯歯車15と外歯歯車14とを有し、偏心カム5bは、外歯歯車14に嵌入され、外歯歯車14を径方向へ押圧して内歯歯車15に歯合させ、偏心カム5bに凹部が形成され、出力部6は凹部に嵌入される突部6bを有し、偏心カム5bが外歯歯車14を径方向へ押圧する際の押圧力の反力が、突部6bを介して出力部6で受けられる。
特許請求の範囲
【請求項1】
入力軸と出力部とが備えられ、
入力軸と出力部とは軸心回りに回転自在であり、
出力部はケーシング内に回転自在に保持され、
入力軸はその軸心に対して偏心した偏心部を有しており、
出力部は、ケーシング内に設けられた差動歯車式の減速機構を介して、入力軸に連動し、
減速機構は互いに歯合する内歯歯車と外歯歯車とを有し、
偏心部が、内歯歯車と外歯歯車とのいずれか一方の歯車に嵌入され、この一方の歯車を径方向へ押圧して他方の歯車に歯合させる差動歯車式のバルブ操作機であって、
入力軸の出力部側の端部に凹部が形成され、
出力部は凹部に嵌入される突部を有し、
偏心部が一方の歯車を径方向へ押圧する際の押圧力の反力が、上記突部を介して出力部で受けられることを特徴とする差動歯車式のバルブ操作機。
【請求項2】
偏心部として偏心カムが入力軸の出力部側の端部に形成され、
凹部が偏心カムに形成されていることを特徴とする請求項1記載の差動歯車式のバルブ操作機。
【請求項3】
出力部は出力部本体と突部とに分割され、
突部が出力部本体に嵌め込まれていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の差動歯車式のバルブ操作機。
【請求項4】
出力部のバルブ側端部に、バルブ側の回転軸が挿入される軸挿入孔を形成し、
軸挿入孔の内周面にスプライン溝が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の差動歯車式のバルブ操作機。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えばバタフライ弁等のバルブを開閉操作する際に使用される差動歯車式のバルブ操作機に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、差動歯車式のバルブ操作機としては、例えば図6に示すように、入力軸51と出力部52とを有し、入力軸51に入力される回転の回転速度を減速して出力部52から出力するものがある。入力軸51と出力部52とは同一の軸心53の回りに回転自在であり、出力部52は円筒状のケーシング54内に回転自在に保持されている。ケーシング54の上部にはカバー55が設けられ、入力軸51はスリーブ56を介してカバー55に回転自在に保持されている。
【0003】
入力軸51は、その下部に、上記軸心53に対して径方向へ偏心した円形の偏心カム部57を有している。また、出力部52は、ケーシング54内に設けられた差動歯車式の減速機構58を介して、入力軸51に連動している。減速機構58は互いに内接して歯合する内歯歯車59と外歯歯車60とを有している。尚、外歯歯車60は出力部52の上方に配置されており、外歯歯車60の歯数は内歯歯車59の歯数よりも少なく設定されている。
【0004】
内歯歯車59はケーシング54の上部内周に形成されている。また、偏心カム部57は、外歯歯車60の嵌入孔61に、軸受62を介して嵌入されており、外歯歯車60を径方向へ押圧して内歯歯車59に歯合させている。尚、上記軸受62はフッ素樹脂等を材質とする薄い円筒状の部材である。
【0005】
外歯歯車60の中心は偏心カム部57の中心を通る偏心軸心63に一致している。外歯歯車60には、上下方向(軸心53の方向)において貫通するピン孔64が周方向に複数形成されている。また、出力部52には、ピン孔64に下方から遊嵌されるピン65が立設されている。出力部52の上部には円形の凹部66が形成されている。また、入力軸51の偏心カム部57の下端には円形短軸状の突部67が形成されている。この突部67は、上方から、軸受72を介して凹部66に嵌入されている。尚、これら凹部66の中心と突部67の中心とはそれぞれ上記軸心53と一致している。また、上記軸受72はフッ素樹脂等を材質とする薄い円筒状の部材である。
【0006】
出力部52には、下方に開放された軸挿入孔68が形成されている。軸挿入孔68には、弁(バタフライ弁等)の弁棒69の上端部が下方から挿入されている。軸挿入孔68の内周面にはキー溝70が形成され、出力部52と弁棒69の上端部とはキーによって接続されている。
【0007】
上記入力軸51には操作用のハンドル(図示せず)が取付けられ、また、ケーシング54はバタフライ弁等の弁側に取付けられている。
これによると、ハンドルを回すことにより、入力軸51が軸心53の回りに回転し、偏心カム部57が軸心53の回りに回転して外歯歯車60を径方向へ押圧して内歯歯車59に歯合させる。これにより、外歯歯車60が、上記軸心53を中心として公転するとともに、偏心軸心63を中心として上記入力軸51の回転方向とは逆方向へ減速されて自転する。この外歯歯車60の自転がピン65を介して出力部52に伝達され、出力部52が回転する。これにより、弁棒69が回転して弁が開閉する。
【0008】
また、上記のように偏心カム部57が外歯歯車60を径方向へ押圧して内歯歯車59に歯合させる際、上記偏心カム部57には径方向の押圧力に対して逆向きの反力が作用し、この反力は突部67を介して出力部52で受けられる。これにより、入力軸51が上記反力によって軸心53から径方向にぶれるのを防止することができる。
【0009】
尚、下記文献には上記のような構成を備えたバルブ操作機が記載されている。
【特許文献1】特開2000−346237
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら上記バルブ操作機では、出力部52の上部に凹部66を形成しているため、出力部52に凹部66の深さ寸法Dを確保する必要がある。また、ケーシング54の内部空間71にはグリース等の潤滑剤が注入されており、この潤滑剤が凹部66から軸挿入孔68を通って外部へ漏れることを防止するために、凹部66の下奥端と軸挿入孔68の上奥端とを連通せず、凹部66の下奥端と軸挿入孔68の上奥端との間を肉厚部52aで隔てている。したがって、凹部66の下方に上記肉厚部52aを確保する必要もあり、このようなことから、出力部52の高さH(すなわち出力部52の下端から外歯歯車60の下端までの高さ)が増大し、その結果、バルブ操作機が高さ方向において大型化するといった問題がある。
【0011】
本発明は、高さ方向において小型化することが可能である差動歯車式のバルブ操作機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記目的を達成するために、本第1発明は、入力軸と出力部とが備えられ、入力軸と出力部とは軸心回りに回転自在であり、出力部はケーシング内に回転自在に保持され、入力軸はその軸心に対して偏心した偏心部を有しており、出力部は、ケーシング内に設けられた差動歯車式の減速機構を介して、入力軸に連動し、減速機構は互いに歯合する内歯歯車と外歯歯車とを有し、偏心部が、内歯歯車と外歯歯車とのいずれか一方の歯車に嵌入され、この一方の歯車を径方向へ押圧して他方の歯車に歯合させる差動歯車式のバルブ操作機であって、入力軸の出力部側の端部に凹部が形成され、出力部は凹部に嵌入される突部を有し、偏心部が一方の歯車を径方向へ押圧する際の押圧力の反力が、上記突部を介して出力部で受けられるものである。
【0013】
これによると、入力軸を回転することによって、偏心部が軸心回りに回転して一方の歯車を径方向へ押圧して他方の歯車に歯合させる。これにより、入力軸の回転速度が減速機構によって減速され、出力部が減速された回転速度で回転する。
【0014】
上記のように偏心部が一方の歯車を径方向へ押圧して他方の歯車に歯合させる際、偏心部には押圧力に対して逆向きの反力が作用し、この反力は突部を介して出力部で受けられる。これにより、入力軸が反力によって軸心から径方向にぶれるのを防止することができる。
【0015】
また、凹部は、出力部ではなく、入力軸に形成されているため、出力部に凹部の深さ寸法を確保する必要はなく、さらに、入力軸は凹部を形成し得るのに十分な長さを有している。これにより、突部が凹部に嵌入している部分の高さを除いた出力部の高さを、縮小することができる。このため、バルブ操作機を高さ方向において小型化することが可能となる。
【0016】
本第2発明における差動歯車式のバルブ操作機は、偏心部として偏心カムが入力軸の出力部側の端部に形成され、凹部が偏心カムに形成されているものである。
本第3発明における差動歯車式のバルブ操作機は、出力部は出力部本体と突部とに分割され、突部が出力部本体に嵌め込まれているものである。
【0017】
これによると、突部を出力部本体と異なった材質にすることができるため、別途、突部を高強度の材質で製作することができる。
本第4発明における差動歯車式のバルブ操作機は、出力部のバルブ側端部に、バルブ側の回転軸が挿入される軸挿入孔を形成し、軸挿入孔の内周面にスプライン溝が形成されているものである。
【0018】
これによると、軸挿入孔の内周面にスプライン溝を形成しているため、キー溝を形成した場合に比べて、応力集中が低減でき、出力部の高さをさらに低くすることができる。
【発明の効果】
【0019】
以上のように、本発明によると、凹部は、入力軸に形成されているため、出力部に凹部の深さ寸法を確保する必要はなく、さらに、入力軸は凹部を形成し得るのに十分な長さを有している。これにより、突部が凹部に嵌入している部分の高さを除いた出力部の高さを、縮小することができる。このため、バルブ操作機を高さ方向において小型化することが可能となる。
【0020】
また、出力部を出力部本体と突部とに分割することで、突部を出力部本体と異なった材質で製作することができ、別途、突部を高強度の材質で製作することができる。
また、軸挿入孔の内周面にスプライン溝を形成することにより、応力集中が低減でき、出力部の高さをさらに低くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明における実施の形態を図1〜図5に基いて説明する。
図1,図2に示すように、1は例えばバタフライ弁を開閉操作する際に使用される差動歯車式のバルブ操作機である。
【0022】
バルブ操作機1は、ケーシング2と、差動歯車式の減速機構3と、同一の軸心4を中心に回転自在な入力軸5と出力部6とを有している。ケーシング2は、円筒形状に形成されており、下端に接続用のフランジ部8を有し、上端にカバー部9を有している。フランジ部8はバタフライ弁側に接合されている。
【0023】
図3に示すように、入力軸5は、上部に形成された差込部5aと、下端部(出力部6側の端部)に形成された偏芯カム5b(偏芯部の一例)と、差込部5aと偏芯カム5bとの間に形成された中間軸部5cとで構成されている。差込部5aは、横断面形状が四角であり、操作用のハンドル(図示せず)に差し込み可能である。また、図3(b)に示すように、偏芯カム5bは、平面視において円形に形成され、軸心4に対して径方向に所定距離だけ偏心している。尚、偏心軸心10は偏芯カム5bの中心を通る軸心である。
【0024】
偏芯カム5bには、下方(出力部6側)に開放された凹部13が形成されている。この凹部13は軸心4を中心とする円形に形成されている。
図1に示すように、入力軸5の中間軸部5cは円筒状のスリーブ11に嵌入されており、中間軸部5cの外周面とスリーブ11の内周面との間には、フッ素樹脂等を材質とする薄い円筒状の軸受12が挿入されている。また、スリーブ11は、カバー部9に嵌め込まれており、入力軸5とは個別に、軸心4を中心に回転自在である。
【0025】
図1,図4に示すように、減速機構3は、互いに内接して歯合する外歯歯車14(一方の歯車)と内歯歯車15(他方の歯車)とを有している。外歯歯車14は、円板状に形成されており、偏心軸心10を中心としている。入力軸5の偏芯カム5bは、外歯歯車14の中心部に形成された嵌入孔に嵌入されており、外歯歯車14を径方向へ押圧して内歯歯車15に歯合させる。偏芯カム5bの外周面と外歯歯車14の嵌入孔の内周面との間には、フッ素樹脂等を材質とする薄い円筒状の軸受16が挿入されている。また、内歯歯車15はケーシング2の内周部に形成された固定歯車である。尚、外歯歯車14の歯数は内歯歯車15の歯数よりも所定歯数少なく設定されている。
【0026】
出力部6は、減速機構3を介して入力軸5に連動しており、止め輪19によってケーシング2内に回転自在に保持されている。また、出力部6は出力部本体6aと突部6bとに分割されている。図5に示すように、出力部本体6aは円盤状に形成されており、出力部本体6aには、軸挿入孔20が軸心4の方向(上下方向)において貫通して形成されている。この軸挿入孔20には、図1に示すように、バタフライ弁等の弁棒32(バルブ側の回転軸)の先端が挿入されている。軸挿入孔20の内周面にはスプライン溝21が形成されており、弁棒32と出力部本体6aとはスプライン嵌合されている。尚、軸挿入孔20の上端部には嵌込孔部20aが形成されており、嵌込孔部20aの領域にはスプライン溝21が形成されていない。
【0027】
突部6bは、円板状の嵌込部23と、嵌込部23から上向きに突出する突出体24とで構成されており、嵌込部23を軸挿入孔20の嵌込孔部20aに嵌め込むことによって、出力部本体6aに保持されている。突部6bは軸心4を中心とする円形に形成され、図1に示すように、突出体24が入力軸5の凹部13に嵌入されている。尚、突出体24の外周面と凹部13の内周面との間には、フッ素樹脂等を材質とする薄い円筒状の軸受25が挿入されている。また、嵌込部23の外周面と嵌込孔部20aの内周面との間隙は、Oリング26によってシールされている。
【0028】
図1に示すように、出力部6は、係合手段28を介して、周方向において外歯歯車14に係合している。図1,図4に示すように、係合手段28は、外歯歯車14に形成された複数のピン孔28aと、出力部本体6aに設けられて各ピン孔28aに遊嵌される複数のピン28bとで構成されている。各ピン28bの上端部はスリーブ11の下端部に係合されており、これによって、外歯歯車14の回転が、ピン28bを介して、出力部6とスリーブ11との両者に伝えられる。
【0029】
図2に示すように、スリーブ11の上端には開度を示す指針30が設けられており、カバー部9の上面には開度に対応した開度目盛が表示されている。また、ケーシング2には、出力部6の回転をバルブの全開位置と全閉位置とにおいて規制するストッパーボルト31a,31bが設けられている。また、ケーシング2の内部空間33には、グリース等の潤滑剤が注入されている。
【0030】
以下、上記構成における作用を説明する。
入力軸5の差込部5aにハンドルを差し込んで取付け、ハンドルを回すことにより、入力軸5が軸心4を中心に回転する。この際、図4に示すように、偏心カム5bは、軸心4を中心に回転することで、外歯歯車14を径方向へ押圧して内歯歯車15に歯合させる。これにより、外歯歯車14が、軸心4を中心に公転するとともに、偏心軸心10を中心に入力軸5とは反対方向へ自転する。この外歯歯車14の自転がピン28bを介して出力部6とスリーブ11とに伝えられ、出力部6とスリーブ11とが共に減速された回転速度で入力軸5とは反対方向へ回転する。これにより、弁棒69が回転してバタフライ弁が開閉される。
【0031】
この際、スリーブ11の回転により、指針30が移動して開度目盛を指し示す。また、ピン28bの偏心運動はピン孔28aにおいて許容される。また、上記のように偏心カム5bが外歯歯車14を径方向へ押圧して内歯歯車15に歯合させる際、偏心カム5bには径方向の押圧力F1に対して逆向きの反力F2が作用し、この反力F2は、突部6bを介して出力部6で受けられ、さらに、出力部6からケーシング2で受けられる。これにより、入力軸5が反力F2によって軸心4から径方向にぶれるのを防止することができる。
【0032】
また、図1,図3に示すように、凹部13は、出力部6ではなく、入力軸5に形成されているため、出力部6に凹部13の深さ寸法Dを確保する必要はない。さらに、入力軸5は上記凹部13を形成し得るのに十分な長さを有している。これらのことにより、突部6bが凹部13に嵌入している部分の高さを除いた出力部6の高さHを、縮小することができる。このため、バルブ操作機1を高さ方向において小型化することが可能となる。
【0033】
また、凹部13を入力軸5の偏心カム5bに形成しているため、上記反力F2を凹部13すなわち偏心カム5bの裏側で受けることになり、入力軸5に曲げ荷重が作用せず、したがって、入力軸5を細くして軽量化することができるといった効果が得られ、さらに、入力軸5とスリーブ11との摺動抵抗が低減されて入力軸5の操作力が軽減するといった効果も得られる。
【0034】
また、出力部6を出力部本体6aと突部6bとに分割して構成しているため、突部6bを出力部本体6aと異なった材質にすることができ、別途、突部6bを高強度の材質で製作することができる。例えば、出力部本体6aの材質が鋳鉄や鋳鋼等であるのに対して、突部6bの材質にステンレス鋼等を採用することができる。
【0035】
また、嵌込部23の外周面と嵌込孔部20aの内周面との間隙はOリング26によってシールされているため、ケーシング2内の潤滑剤が上記間隙を通り抜けて軸挿入孔20から外部へ漏れ出るのを防止することができる。
【0036】
また、図5(a)に示すように、軸挿入孔20は、途中で止まらずに、出力部6の出力部本体6aを貫通しているため、スプライン溝21をスロッター加工ではなくブローチ加工で形成することが可能となる。これにより、加工工数が削減され、加工の手間が軽減される。
【0037】
また、軸挿入孔20の内周面にスプライン溝21を形成しているため、キー溝を形成した場合に比べて、応力集中が低減でき、出力部6の高さHをさらに低くすることができる。
【0038】
上記実施の形態では、出力部6を出力部本体6aと突部6bとに分割して構成しているが、出力部本体6aと突部6bとを一体に構成してもよい。
上記実施の形態では、各軸受12,16,25を、フッ素樹脂等を材質とする薄い円筒状にしているが、これに限定されるものではなく、例えば、金属を材質としたものや、或いは玉軸受等の他の種類の軸受を用いてもよい。
【0039】
上記実施の形態では、外歯歯車14が公転しながら自転し、内歯歯車15が固定されているタイプのバルブ操作機1を挙げたが、これに限定されるものではなく、例えば、特開2000−120917号公報に示されるように、外歯歯車が固定され、内歯歯車が公転しながら自転するタイプのものにも適応できる。また、実開平6−80967号公報に示されるように、外歯歯車が公転のみし、内歯歯車が自転のみするタイプのものにも適応できる。さらに、特開2001−241518号公報に示されるように、内歯歯車が公転しながら自転し、外歯歯車が固定され、上記内歯歯車の自転をオルダム継手を介して出力軸に伝えるタイプのものにも適応できる。
【0040】
上記実施の形態では、バルブ操作機1をバタフライ弁に設けているが、バタフライ弁以外のバルブ、例えばボール弁等に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の実施の形態におけるバルブ操作機の断面図である。
【図2】同、バルブ操作機の平面図である。
【図3】同、バルブ操作機の入力軸の図であり、(a)は縦断面図、(b)は(a)におけるX−X矢視図である。
【図4】同、バルブ操作機の減速機構の動きを示す平面図である。
【図5】同、バルブ操作機の出力部の図であり、(a)は出力部を出力部本体と突部とに分離した状態を示し、(b)は(a)におけるX−X矢視図を示し、(c)は(a)におけるY−Y矢視図を示す。
【図6】従来のバルブ操作機の断面図である。
【符号の説明】
【0042】
1 バルブ操作機
2 ケーシング
3 減速機構
4 軸心
5 入力軸
5b 偏心カム(偏心部)
6 出力部
6a 出力部本体
6b 突部
13 凹部
14 外歯歯車(一方の歯車)
15 内歯歯車(他方の歯車)
20 軸挿入孔
21 スプライン溝
32 弁棒(バルブ側の回転軸)
F1 押圧力
F2 反力




 

 


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