执行元件、阀门装置以及风门装置的制作方法

专利名称：执行元件、阀门装置以及风门装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由电动机对驱动对象进行驱动控制的执行元件、 使用该执行元件来对阀门进行开闭控制的阀门装置以及对风门进行
开闭控制的风门(damper )装置。
背景技术：
在以执行元件来进行的阀门操作中，在阀门的安装、检修、紧急 状态等时，需要以手动操作来调整阀门开度。因此，对阀门的打开 或关闭进行控制的电动的执行元件，在其电动才几等驱动源和执行元 件输出轴之间的齿轮单元内，往往夹设有进行电动操作/手动操作的 切换的离合器机构。
图8表示的是具有执行元件的阀门装置的立体图，其中的执行元 件具有对手动、电动操作方式两者间进行切换的离合器机构，图8 中(a)表示的是在阀门101上安装有执行元件100的状态，图8中 (b)例示的是阀门101完全打开时的手动操作，图8中(c)例示 的是使阀门101处于关闭状态时的手动操作。
如图8所示，执行元件100具有可在壳体上沿阀门开度刻度盘 104摆动的手动操作杆102以及从壳体突出的离合器按钮103。另外， 执行元件100的壳体内未被示出，但其中设有电动机等驱动源、与 阀门101的阀杆连接的输出轴以及将来自驱动源的驱动力传向输出
轴的齿轮单元。
以手动操作进行阀门101的开度调整时，如图8中(b) 、 (c) 所示，按下离合器按钮103 (沿图8中朝上的黑色箭头操作)，由此 解除壳体内齿轮单元和驱动源间的机械连接。此时，在将手动操作 杆102如图8中(b)所示地转动到阀门开度刻度盘104的IOO开度的位置时，输出轴与该转动相应地转动，^f吏阀门101成为完全打开
状态。此外，如图8 (c)所示，将手动操作杆102转动到阀门开度 刻度盘104的0开度的位置时，输出轴与该摆动相应地反向转动， 阀门101成为关闭状态。
例如，日本发明专利公开公报特开平8 - 21557 (专利文献1 )中 公开有 一 种具有上述结构的手动操作用的离合器机构的现有执行元
件。该专利文献1所公开的执行元件中，通过按下壳体内所设的离 合器按钮以接通或断开执行元件的电源，同时离合器杆与离合器按 钮的按动操作联动而上下动作，该上下动作使齿轮单元的多组啮合 齿轮中的一组分离。由此，可进行输出轴的手动操作。
此外，在日本发明专利公开公报特开2001 - 343084(专利文献2 ) 中公开有如下一种阀门控制装置，该阀门控制装置以在离合器机构 呈分离状态下进行了阀门的手动操作为前提，在计时器开始工作的 同时，使将阀门开度调整为目标开度的控制电路停止动作，而且， 对应于计时器所计的时限，使控制电路恢复工作。该阀门控制装置， 可在可改变设定值的定时器内所设定的时限终结之前， 一直保持手 动调整的阀门开度。
另一方面，执行元件一般会以一定的速度进行阀门的开度操作， 但也存在需要改变阀门动作速度的情况。例如，有时会要求高速地 向打开方向(力o大流量方向)动作，^f氐速i也向关闭方向(减少流量
方向)动作。为了应对这样的要求，需要设有变速用的离合器机构 (变速离合器)。
图9是例示现有执行元件的齿轮单元的结构的图，其中的执行元 件具有手动操作用离合器机构和变速用离合器机构。图9所示的执 行元件所例示的结构为，在介于电动机200和输出轴210之间的齿 轮单元内设有电动/手动切换离合器202和变速离合器205,其中， 电动/手动切换离合器202是在电动操作和手动操作间进行切换的齿 轮，变速离合器205是改变速度比的齿轮。该电动/手动切换离合器 202和变速离合器205，以可如图9中箭头所示地上、下移动的方式
被支承于齿4仑单元内。
在电动操作时(执行元件的通常时的使用状态)，电动/手动切
换离合器202同时与传动齿轮203、安装在电动机200的驱动轴上的 传动齿轮201啮合。在该状态，以电动机200进行驱动时，电动机 200的驱动力依次传递到传动齿轮203及其后级的齿轮，驱动输出轴 210。
在手动操作时，电动/手动切换离合器202切换到图9所示的手 动操作位置，解除其与传动齿轮201的啮合。这样一来，由于从电 动/手动切换离合器202处断开后级的齿轮和电动机200间的机械形 式的连接，因此，可通过转动操作手动操作杆204，对输出轴210 进行手动操作。
此外，变速离合器205具有如下构造例如同轴地一体形成直径 较大的齿轮和直径较小的齿轮，如图9所示，其在第1变速位置与 从输出轴侧与之邻接的第1变速齿轮206啮合，在第2变速位置与 从输出轴侧与之邻接的第2变速齿轮207啮合。第1变速齿轮206 是直径小于第2变速齿轮207的直径较小的齿轮，该第1变速齿轮 206和第2变速齿轮207分别设于传动齿轮208的上方和下方。传动 齿轮208与i殳于输出轴210上的传动齿轮209啮合。由此，可以以 第1变速位置和第2变速位置所产生的不同的减速比，将电动机200 的旋转传递《会输出轴210。
在阀门的开闭控制等中，需根据阀门的用途，或者加速(调速) 阀门开闭动作，或者即使动作量不同，也不改变动作时间。因此， 希望能将对阀门开闭进行控制的执行元件的动作速度设定成可变 的。
在现有的执行元件中，为了使输出轴的转速可变，可以考虑在齿 轮单元内另设例如图9所示的变速离合器205那样的变速用离合器 机构，或者使电动机等驱动源本身可以调速等措施。
但是，例如，在具有手动操作用离合器机构的执行元件上设置变 速用离合器机构时，会如图9所示的那样零部件数量增加，导致过多地占用齿轮单元内的空间，使执行元件变大、变复杂等。此外， 为了使驱动源可以调速，需要使用高价的速度控制电路或是与之对 应的驱动源，不利于成本控制。

发明内容
本发明是为了解决上述问题而作出的，目的在于得到一种可通过 简单的结构实现手动/电动操作切换和输出轴变速的执行元件、使用 该执行元件来对阀门进行开闭控制的阀门装置以及对风门进行开闭 控制的风门装置。
本发明的执行元件具有手动/变速离合器齿轮，其由同轴并一 体旋转的多个齿^^构成，以可沿中心轴移动的方式安装在该中心轴 上；前级侧传动齿轮部，其与手动/变速离合器齿轮啮合，传递来自 电动机的转矩；后级侧传动齿轮部，其与手动/变速离合器齿轮啮合， 包含产生不同减速比的多个齿轮，并向输出轴一侧传递来自电动机 的转矩；离合器齿轮切换机构，通过其对手动/变速离合器齿轮进行 的沿中心轴的移动:操作，解除前级侧传动齿^^部、后级侧传动齿轮
部这两者中之一的与手动/变速离合器齿轮间的啮合，将手动/变速离 合器齿轮和后级侧传动齿轮部有选择地进行齿轮啮合。
本发明的阀门装置具有上述执行元件、以及按照该执行元件的 输出轴的动作进行打开或关闭操作的阀体。
本发明的风门装置具有上述执行元件、以及按照该执行元件的 输出轴的动作进行打开或关闭操作的风门主体。
采用本发明，手动/变速离合器齿轮由同轴并一体转动的多个齿 轮构成，由于通过沿中心轴移动操作手动/变速离合器齿轮，可解除 前级侧传动齿轮或后级侧传动齿轮的与手动/变速离合器齿轮间的啮 合，并可在手动/变速离合器齿轮和后级侧传动齿轮间进行可产生所 希望的减速比的齿轮啮合，所以可通过追加结构简单的可同轴并一 体旋转的齿l仑，产生如下效果，即，不仅不会导致占用壳体内收纳 空间的零部件数量增加，还可以实现手动/电动的操作切换和输出轴
的变速。此外，通过将上述执行元件用于阀门装置或风门装置，不 仅可以以手动进^亍阀门或风门的开度调整，还可以进行控制以所希 望的速度来打开或关闭阀门。此外，由于可得到多组动作速度，因 此，可以以单一才几种适用阀门、风门等驱动对象的多种不同动作控 制模式。


图1是表示本发明实施方式1的执行元件的内部结构的示意图。
图2是表示图1中齿轮单元的图。 图3是表示离合器齿轮切换机构的图。 图4是表示未处于啮合位置时弹性保持部件的变形的图。 图5是例示离合器齿轮切换机构的另一种结构的图。 图6是例示实施方式1的齿轮单元的另一种结构的图。 图7是表示本发明实施方式2的执行元件的齿轮单元的图。 图8是表示具有执行元件的阀门装置的立体图，其中的执行元件 具有切换手动或电动方式的离合器机构。
图9是例示现有执行元件齿轮单元的结构的图。
具体实施例方式
〔实施方式1〕
图1是表示本发明的实施方式1的执行元件的内部机构的示意 图。图2是表示图1中的齿轮单元的图。实施方式1的执行元件1 具有收纳于壳体内的支承板2a、 2b;配置于支承板2a上的电动机 3;以贯穿支承板2a、 2b的方式设置于支承板2a、 2b上的输出轴4， 该输出轴可自如地回转；以及将电动才几3的转矩传到输出轴4的齿 轮单元。
支承板2a和支承板2b平行地间隔配置于壳体内。电动机3以其 回转轴5贯穿支承板2a的方式配置，并在回转轴5上安装有传动齿 轮6。执行元件1的输出轴4与安装在图1下方的未图示的阀杆连接，
该阀门对应于输出轴4的旋转而开闭。
齿轮单元包括安装在电动机3的回转轴5上的传动齿轮6;与 传动齿轮6啮合的传动齿轮7a;与传动齿4仑7a同轴并一体形成的传 动齿轮7b;具有齿轮部8a、 8b、 8c的手动/变速离合器齿轮8;同轴 且可一体旋转的传动齿轮10a、 10b、 10c;以及可与输出轴4一体旋 转的传动齿轮12。另外，同轴并一体形成的传动齿轮7a、 7b构成前 级侧传动齿4&,同轴且一体旋转的传动齿l仑10a、 10b、 10c构成后 级侧传动齿4仑部。
传动齿轮7a与安装在电动机3的回转轴5上的直径较小的传动 齿轮6啮合，直径小于传动齿轮7a的传动齿轮7b在支承板2b侧与 传动齿轮7a同轴并一体形成。此外，传动齿轮7a、 7b安装在固定 轴7上，并可以以固定在支承板2a、 2b上的固定轴7为中心旋转。
手动/变速离合器齿轮8由同轴并一体形成的齿l仑部8a、 8b、 8c 构成，其以可绕固定在支承板2a、 2b上的固定轴9旋转的方式安装 于固定轴9上，并且，其可沿图2中箭头所示的轴向在固定轴9上 滑动。在支承板2a侧的齿轮部8a和支承板2b侧的齿轮部8c之间形 成齿一仑部(前纟及齿專仑部)8b,该齿4仑部8b直径大于齿4仑部8a、 8c 的直径，并且，该齿轮部8b与在电动机3侧(以下，称为前级侧) 与之邻接且齿距与之相同、直径较小的传动齿轮7b啮合。
另外，传动齿轮7b所具有的齿宽满足以下条件即使手动/变速 离合器齿轮8沿固定轴9的轴向滑动，该手动/变速离合器齿轮8也 不会与传动齿轮7b间脱离啮合。换言之，如图1、图2中所示，在 利用手动/变速离合器齿轮8切换为手动操作时，该手动/变速离合器 齿轮8的与前级侧传动齿轮间的啮合得以维持，而手动/变速离合器 齿轮8与后级侧传动齿轮(后级侧传动齿轮部)的啮合分离。
手动/变速离合器齿轮8的齿部8a (第1齿轮部)，其直径比齿 轮部8c的直径大，通过手动/变速离合器齿轮8的沿固定轴9的滑动 操作，有选才奪地决定该齿部8a与从输出轴4侧(以下，称为后级侧) 与之邻接的传动齿轮10a(第1齿轮)间是啮合还是解除啮合。此外， 齿轮部8c(第2齿轮部)，通过手动/变速离合器齿轮8的沿固定轴 (第2齿轮)之间是啮合还是解除啮合。
在本实施方式1的执行元件1中，齿轮单元包括如下两种状态，
即，手动/变速离合器齿轮8的齿部8a与后级侧传动齿轮10a间啮合 的状态，以及手动/变速离合器齿轮8的齿轮8c与后级侧传动齿轮 10b间啮合的状态，二者分别呈不同的减速比。
从后级侧与手动/变速离合器齿轮8邻接配置传动齿轮10a、 10b、 10c,它们以同轴且可一体旋转的方式形成，并一体地安装在回转轴 10上，其中的回转轴10回转支承于支承板2a、 2b之间。传动齿轮 10b的直径比传动齿4仑10a、 10c 二者的直径都大，传动齿4仑10a直 径比传动齿轮10c的直径大。
此外，本实施方式1中，以手动/变速离合器齿轮8的手动操作 位置作为基准位置，即以图1和图2所示的传动齿轮10a和齿轮部 8a间的啮合、以及传动齿4仑10b和齿4仑部8c间的啮合均被解除时， 手动/变速离合器齿轮8所处的滑动位置作为基准位置，配置从后级 侧与手动/变速离合器齿轮8邻接的传动齿轮。例如，与变速用的齿 轮部8a间啮合的传动齿轮10a配置在较上述手动操作位置靠支承板 2a—侧，与变速用的齿轮部8c啮合的传动齿轮10b配置在较上述手 动操作位置靠支承板2b —侧。
与输出轴4 一体旋转的传动齿轮12与从前级侧与之邻接的直径 较小的传动齿轮10c啮合。传递到传动齿轮10c上的电动机3的转 矩，经传动齿轮12传向输出轴4,进行阀门的开闭操作。
此外，回转轴10上设置有手动操作杆11，该手动操作杆11贯 穿支承板2a，向壳体外突出。在手动操作时，对手动/变速离合器齿 轮8进行滑动操作，切断后级侧传动齿轮和前级侧传动齿轮间的连 接，在相对回转轴10,沿周向转动操作手动操作杆11时，回转轴 10的转矩经传动齿l仑10c、 12传递到输出轴4，使输出轴4旋转。
这样，在本发明中，将电动操作/手动操作切换用的离合器机构
和变速用的离合器机构以同轴并一体旋转的齿轮的形式一体化。由 此，没有过多地占有壳体内的沿水平方向的空间，即可以简单的结 构实现电动操作和手动操作的切换功能以及2级变速功能，可谋求 执行元件的小型化。
图3是表示离合器齿轮切换机构的图，图3中(a)表示的是从 支承板2a侧看到的手动/变速离合器齿轮8的上表面，图3中(b) 表示的是与小齿轮部17的轴向垂直的侧表面。此外，图3中(a) 中使支承板2 a透明，以便易于识别地表示出手动/变速离合器齿轮8 和弹性緩冲部的结构。
如图3中(b)所示，该离合器齿轮切换机构具有'.弹性保持部 件13,其沿着固定轴9从上方和下方夹住并保持手动/变速离合器齿 轮8;操作部16,其将来自外部的对小齿轮部17的轴加载的沿周向 的扭力，变换为使弹性保持部件13沿固定轴9的轴向滑动的力，使 弹性保持部件13所保持的手动/变速离合器齿轮8沿固定轴9的轴向 滑动。
弹性保持部件13包括上方弹性保持部13-1，其一端部与手 动/变速离合器齿4& 8的齿轮部8a的上表面抵接，对该齿轮部8a的 上表面加以弹性保持；下方弹性保持部13-2,其一端部与手动/变 速离合器齿轮8的齿轮部8c的下表面抵接，对该齿轮部8c的下表 面加以弹性保持；以及连接部13-3,其位于手动/变速离合器齿轮8 的齿轮部8b外周侧，连接上方弹性保持部13- 1的另一端部和下方 弹性保持部13-2的另一端部，此外，在该连4妻部13-3的外侧表 面上，形成有与才喿作部16的小齿轮部17啮合的齿条部(传递部) 14,如图3中(a) 、 ( b)所示，在齿条部14的两侧的表面上，分 别形成有与固定轴9的轴向平^t的槽部15。
此外，如图3中(a)所示。以与齿条部14的两槽部15相向的 方式设有导轨部18。在导轨部18上形成有与固定轴9平行的线形的 抵接部18a，该4氐4姿部18a卡合在槽部15上。另外，如图3中(b) 所示，为了容易地识别弹性保持部件13及其周边的结构，图中省略
了导轨部18。
操作部16具有操作拨盘20,其从壳体的外壁2c向外突出， 可从外部对其进行旋转操作；操作轴19，其一端与上述操作拨盘20 连接；小齿轮17,其与操作轴19的另一端连接，并与齿条部14啮 合。在通过操作拨盘20以搡作轴19为轴进行小齿轮17的旋转操作 时，该旋转被传递到齿条部14，变换为齿条部14的与固定轴9的轴 向平行方向上的移动，通过槽部15，使弹性保持部件13在导轨18 的抵接部18a上滑动。由此，手动/变速离合器齿轮8被弹性保持部 件13从上方和下方同时加载，沿固定轴9滑动。
例如，在操作拨盘20被旋转操作到图3中(a)所示的"手动" 的位置上时，手动/变速离合器齿轮8的位置如图1和图2所示，位 于其与从后级侧与之邻接的传动齿轮间的啮合分离的位置(手动操 作位置)。此外，作为一例，〔30S〕或〔60S〕表示全行程动作时 间(从全闭到全开、或是从全开到全闭的动作时间)，表示的是以 30秒或60秒改变阀门的开度。换言之，在操作拨盘20指向〔30S〕 或〔60S〕的位置时，手动/变速离合器齿轮8上齿轮部8a与传动齿 轮10a啮合，或其上齿4仑部8c与传动齿l仑10b啮合。
在通过对上述的手动/变速离合器齿轮8进行滑动操作，使后级 侧齿轮和手动/变速离合器齿轮8的齿轮部间啮合时，可能后级侧齿 轮与手动/变速离合器齿轮8的齿轮部未处于啮合的位置。
即，本实施方式1中，在后级侧传动齿轮和手动/变速离合器齿 轮8的齿4仑部未处于可啮合的位置时，通过使齿条部14沿固定轴9 滑动到由操作拨盘20设定的位置时的力(手动/变速离合器齿轮8 的沿滑动方向的受力)，使得后级侧传动齿轮的端面和手动/变速离 合器齿轮8的齿轮部的端面成为上下抵接的状态。
例如，在后级侧传动齿轮10a和手动/变速离合器齿轮8的齿轮 部8a间啮合时，本来二者该在图4中标有符号b的位置啮合，但在 二者间未处于啮合位置时，在图4中标有符号a的位置，齿轮部8a 以某种状态，令传动齿專仑10a和齿轮部8a间的二者的端面上下一氐接。
此时，弹性保持部件13的上方弹性保持部13 - 1的保持力变小，而
弹性保持部件13的下方弹性保持部13-2所产生的保持力变大，但 下方弹性保持部13-2会通过沿图4所示的向下的箭头指示的方向 (与滑动方向反向)弹性变形，使其保持力的上升得到緩解。因此， 在两齿轮的端面的抵接部产生的应力得以緩解，可防止齿轮的齿形受损。
此后，在电动机3进行驱动时，手动/变速离合器齿轮8相对固 定轴9旋转，未处于可啮合的位置的两齿轮移动到可啮合的位置， 此时，弹性保持部件13向初始状态回复，将由回复产生的反作用力 作为沿上述滑动方向上的作用力释放。弹性保持部件13释放出的沿 滑动方向的作用力，使手动/变速离合器齿轮8沿固定轴9进一步向 上方滑动，使得齿轮部8a移动到图4中b位置，与传动齿轮10a完 全啮合。
另一方面，在后级侧传动齿轮10b和手动/变速离合器齿轮8的 齿轮部8c间啮合时，本来两齿轮该在图4中标有符号d的位置啮合， 但在该两齿轮未处于啮合的位置时，它们在图4中标有符号c的位 置，齿轮部8c呈某种状态，令传动齿轮10b和齿轮部8c 二者的端 面上下抵接。此时，弹性保持部件13的下方弹性保持部13-2的保 持力变小，而弹性保持部件13的上方弹性保持部13- 1的保持力变 大，但上方弹性保持部13-1通过沿图4所示的向上的箭头所指示 的方向(与滑动方向反向)弹性变形，使其保持力的上升得以緩解。 因此，在两齿轮的端面的抵接部产生的应力得以緩解，可防止齿轮 的齿形受损。
此后，在电动机3进行驱动时，手动/变速离合器齿轮8相对固 定轴9旋转，未处于啮合位置的两齿轮移动到可啮合的位置，此时， 弹性保持部件13向初始状态回复，由该回复所产生的反作用力作为 上述滑动方向上的作用力得以释放。弹性保持部件13释放出的沿滑 动方向的作用力，使手动/变速离合器齿轮8沿固定轴9进一步向下 方滑动，使得齿轮部8c移动到图4中d位置，与传动齿轮10b完全
啮合。
这样，图3所示的离合器齿轮切换机构中，即便将要啮合的两齿 轮因未处于能啮合的位置而使两齿轮的齿端面上下抵接，也可通过
弹性保持部件13的上方弹性保持部13 - 1或下方弹性保持部13-2
的与滑动方向反向的弹性变形，緩解两齿轮的端面的抵接部上产生
的应力，防止齿轮的齿形受损，然后，在该状态下，通过电动机3 驱动，两齿轮向可啮合的位置移动，弹性保持部件13向初始状态回 复所产生的反作用力，可使两齿轮自动地成为完全啮合状态。
另外，由于在手动/变速离合器齿轮8的齿轮部(8a、 8b)和后 级侧传动齿轮(10a、 10b)成为啮合状态时，弹性保持部件13从变 形状态回复到初始状态，上方弹性保持部13-1的保持力和下方弹 性保持部13-2的保持力同时复原，因此，手动/变速离合器齿轮8 被稳定地保持着。
图5是例示离合器齿轮切换机构的另一种构成的图，图5中(a) 表示的是与小齿轮17的轴向垂直的侧表面，图5中(b)表示分别 从图5中(a)的箭头A、 B方向看到的小齿轮17和弹性操作轴19a、 19b。图5所示的弹性緩冲部具有保持部件13A和操作部16A(或操 作部16B)。操作部件13A以沿固定轴9从上方和下方进行夹紧的 方式保持手动/变速离合器齿轮8。与图3所示的弹性保持部件13不 同之处在于，该保持部件13A自身不弹性变形。
保持部件13A与图3所示的弹性保持部件13同样具有上方保 持部13A- 1,其一端部与手动/变速离合器齿4仑8的齿轮部8a上表 面抵接，对该手动/变速离合器齿轮8加以保持；下方保持部13A-2, 其一端部与手动/变速离合器齿4仑8的齿4仑部8c的下表面4氐接，对该 手动/变速离合器齿轮8加以保持；以及连接部13A-3，其位于手动 /变速离合器齿轮8的齿轮部8b的外周，并且同时与上方保持部13A -l的另一端部、下方保持部13A-2的另一端部连接，此外，在该 连接部13A-3的外部侧表面上，形成有与操作部16A(或操作部 16B)的小齿轮17啮合的齿条部(传动部)14。另外，保持部件13A
还可以有如下结构，即，其上以与弹性4呆」持部件13相同方式形成有
槽部，通过保持部13A的槽部在导轨部的抵接部上滑动，使手动/变 速离合器齿轮8沿固定轴9滑动。
操作部16A具有 一端与图3所示的操作拨盘连接，由条状弹 性部件制成的弹性操作轴19a;以及与弹性操作轴19a的另一端连接， 与保持部件13A的齿条部14啮合的小齿轮部17。另一方面，操作 部16B上，如图5中(b)所示，平行设有两根由条状弹性部件制成 的弹性^捧作轴该弹性-搡作轴19b沿与固定轴9的轴向垂直的方 向延伸。
在通过未图示的操作拨盘，以弹性操作轴19a(或弹性操作轴 19b、 19b)为转轴旋转操作小齿轮部17时，该小齿轮部17的旋转 被传递至齿条部14,变换为手动/变速离合器齿轮8的沿固定轴9的 移动，使得手动/变速离合器齿轮8沿固定轴9轴向滑动。
该结构中，在后级侧传动齿轮和手动/变速离合器齿轮8的齿轮 部未处于可啮合的位置时，由于使齿条部14沿固定轴9滑动到经操 作拨盘设定的位置时的力(沿手动/变速离合器齿轮8滑动方向的 力)，后级侧传动齿轮和手动/变速离合器齿轮8的齿轮部二者的端 面成为上下一氏4妄状态。
在如上所述的齿轮端面间的抵接使手动/变速离合器齿轮8的滑 动受到限制时，通过经操作拨盘的旋转操作所加载的扭力，使弹性 操作轴19a (或弹性操作轴19b、 19b)以图5中(b)所示的方式扭 曲变形。
换言之，在图5所示的离合器齿轮切换机构中，在两齿轮处于可 啮合的位置之前，用于将手动/变速离合器齿轮8设定在规定的滑动 位置上的沿滑动方向的作用力，被弹性操作轴19a(或弹性操作轴 19b、 19b)的扭曲变形所吸收。与图3所示的离合器齿轮切换机构 相同，这样的结构也可緩解相互间抵接的两齿專仑的端面间的应力， 防止了对齿轮的齿形造成损伤。
此后，在经电动机驱动等，使两齿轮位于可啮合的位置时，弹性
操作轴19a(或弹性操作轴19b、 19b)从扭曲状态回复到未扭曲的 状态，在回复过程产生的反作用力被用作沿上述滑动方向的作用力 得以释放。该作用力从小齿轮部17传递到齿条部14，经由保持部 13A,使得手动/变速离合器齿轮8滑动到由操作拨盘设定的适当位 置，与后级侧传动齿轮啮合。
另外，除了图3至图5所示的结构，还可以在手动/变速离合器 齿轮8的上、下分别设有螺旋弹簧部件，通过这些螺旋弹簧部件， 从上、下两方向对手动/变速离合器齿轮8给予加载，总之，只要是 能在手动/变速离合器齿轮8的上、下两方向给予弹性保持力的结构， 采用任何一种结构均可。利用这些结构也能达成与上述实施方式相 同的效果。
如上所述，采用本实施方式1，齿轮单元具有手动/变速离合器齿 轮8，其中与传递来自电动机3的转矩的前级侧传动齿轮啮合的齿轮 部、以及变速用的直径不同的多个齿轮部同轴地形成，全部的齿轮 部以固定轴9为中心一体旋转，而且它们可沿固定轴9滑动，此外， 通过沿固定轴9滑动操作手动/变速离合器齿轮8,有选择地确定 手动/变速离合器齿轮8的齿轮部与后级侧传动齿轮间的连接解除的 手动操作时的状态、或是变速用的直径不同的多个齿轮部中其一与 后级侧与之相应的传动齿轮间啮合的各个变速状态。采用这样的结 构，不使占用壳体内的收纳空间的零件数量增加，仅通过追加同轴 地组合齿轮的结构简单的手动/变速离合器齿轮8,即可同时实现对 手动/电动操作的切换、以及变速功能。
此外，采用上述实施方式l,在手动/变速离合器齿轮8和后级侧 传动齿轮未啮合的位置，使两齿轮的端面上下抵接时，可通过弹性 保持部件13或弹性操作轴19a或弹性操作轴19b的弹性变形，吸收 手动/变速离合器齿轮8的沿滑动方向上的受力，緩解两齿轮的端面 的应力。此外，在两齿轮变为可啮合的位置时，发生弹性形变的弹 性保持部件13或弹性纟喿作轴19a (或弹性操作轴19b)向初始状态 回复，回复的反作用力被用作手动/变速离合器齿轮8的沿固定轴9
滑动方向上的作用力释放出来。可通过该作用力使两齿轮在合适的 位置啮合。
此外，在上述实施方式1中表示有手动/变速离合器齿轮8通过
齿轮部8a、 8b进行两级变速的情况，但本发明并不限于两级变速。 图6例示的是实施方式1的齿轮单元的又一种结构。齿轮部21a、 21b、 21c相当于上述实施方式1 一种结构中所示的手动/变速离合器 齿轮8的齿轮部8a、 8b、 8c,而图6所示的手动/变速离合器齿轮21 上，还设有直径小于齿摔仑部21c的直径较小的齿轮部21d。此外，作 为从后级侧与齿轮部21d邻接的传动齿4仑，与齿4仑部21d相应的传 动齿4仑10d以与传动齿车仑10a、 10b、 10c同轴且与之一体i走转的方 式设置。
这样，在本发明中，追加一级由齿l仑部21d和传动齿4仑10d产生 的变速档位，进而成为三级变速，但也可以对上述变速的级数进行 容易地增加。
〔实施方式2〕
在上述实施方式1所表示的例子是，在手动操作时，通过手动/ 变速离合器齿轮切断其与后级侧传动齿轮间的连接，而本实施方式2 中，通过手动/变速离合器齿轮切断其与前级侧传动齿轮间的连接。
图7是表示本发明实施方式2的执行元件的齿轮单元的图。图7 所示的齿轮单元具有固定在电动机3的回转轴5上的传动齿轮6、 具有齿轮部22a、 22b、 22c、 22d的手动/变速离合器齿轮22、以及 以同轴方式形成且可一体旋转的传动齿轮24a、 24b、 24c。
手动/变速离合器齿轮22由以同轴的方式一体形成的齿轮部 22a、 22b、 22c、 22d构成，以绕固定于支^c板2a、 2b上的固定轴23 旋转的方式设于该固定轴23上，并可沿固定轴23的轴向滑动。另 外，在手动/变速离合器齿轮22的各齿轮部中，从支承板2a—侧向 支承板2b—侧，齿轮部的直径逐渐变小，在进行电动操作时，齿轮 部22a和安装在电动机3的回转轴5上的传动齿4仑6啮合。此外， 在传动齿轮24a上，工作状态下啮合有未图示的与输出轴一体旋转的传动齿轮(相当于图1中的传动齿轮12)。
实施方式2的执行元件中，通过在齿4仑部22和传动齿轮6间的 啮合未被解除的范围内，沿固定轴23滑动操作手动/变速离合器齿轮 22，可以选择与如下三个状态相对应的三级旋转速度，即，齿轮部 (第1齿轮部)22d和从后级侧与之邻接的传动齿轮(第1齿轮)24c 啮合的状态，齿轮部(第2齿轮部)22c和从后级侧与之邻接的传动 齿轮(第2齿轮)24b啮合的状态，以及齿轮部(第3齿轮部)22b 和从后级侧与之邻接的传动齿轮(第3齿轮)24a啮合的状态。
此外，在手动操作时，可沿固定轴23向更下方滑动操作手动/ 变速离合器齿轮22，分开齿轮部22a与传动齿轮6间的啮合。就手 动状态而言，可以是例如，通过旋转操作手动操作杆26，向输出轴 传递转矩，使输出轴旋转，其中，手动操作杆26安装在后级侧传动 齿轮的回转轴24的从支承板向外露出的端部25的周面上。
如上所述，采用本实施方式2，通过仅追加齿轮同轴组合的结构 简单的手动/变速离合器齿轮22，即可同时实现手动操作/电动操作的 切换功能、以及变速功能。
另外，在实施方式1和实施方式2所表示的例子是，在手动/变 速离合器齿轮的后级，配置有有选择地与手动/变速离合器齿轮部啮 合的变速用的减速比各异的多个传动齿轮，但也可将这些传动齿轮 配置在电动机和手动/变速离合器齿轮之间，即配置在手动/变速离合 器齿轮的前级，这样的配置也包含在本发明的技术思想的范围内。
此外，将有选择地与手动/变速离合器齿轮的齿轮部啮合的变速 用的减速比各异的多个传动齿轮不同轴地一体设置，而使该多个传 动齿轮各自以不同的轴为中心旋转，在电动时，使手动/变速离合器 齿轮在不同的位置，分别经由不同的传动齿l仑，向输出轴传递电动 机的转矩，这样的结构也包含在本发明的技术思想的范围内。
本发明的执行元件使用在图8所示的阀门装置上，可进一 步发挥 其技术效果。例如，对于由阀杆的旋转来确定阀门开度的球阀(ball valve )等的角行程阀，电动控制其阀门打开/关闭的阀门控制装置中， 可以通过本发明的电动执行元件来控制其阀杆的旋转。
由于在这样的阀门装置，如上述实施方式1和实施方式2所i兌明
的，可对输出轴的转速进行变速，因此可以控制以所希望的速度来
打开或关闭阀门。此外，也可通过手动/变速离合器齿轮的滑动操作，
以手动方式，容易地进行阀门的开度调整。
另外，就构成上述阀门装置的阀门而言，并不限于球阀，只要能
根据本发明的执行元件的输出轴的旋转来进行打开或关闭的阀门均
下降来控制阀门开度的直行程型阀门。
另外，本发明的执行元件还可适用于控制阀门开度的风门
(damper)装置，此时，由于可以以上述实施方式1或实施方式2 所示的方式，对输出轴的旋转进行变速，由此，可以以所希望的速 度来打开或关闭风门。此外，在停电的时候，也可以通过手动/变速 离合器齿轮的滑动操作，以手动的方式，容易地进行风门的开度调整。
权利要求
1.一种执行元件，其通过传递电动机的转矩，使与驱动对象连接的输出轴动作，驱动控制上述驱动对象，其特征在于，具有手动/变速离合器齿轮，其由可同轴并一体旋转的多个齿轮构成，以可沿中心轴移动的方式安装于中心轴上；前级侧传动齿轮部，其与上述手动/变速离合器齿轮啮合，传递上述电动机的转矩；后级侧传动齿轮部，其与上述手动/变速离合器齿轮啮合，包含产生不同的减速比的多个齿轮，并向上述输出轴一侧传递上述电动机的转矩；离合器齿轮切换机构，通过其对上述手动/变速离合器齿轮进行的沿上述中心轴的移动操作，解除上述前级侧传动齿轮部、上述后级侧传动齿轮部中这两者中之一的与上述手动/变速离合器齿轮间的啮合，将上述手动/变速离合器齿轮和上述后级侧传动齿轮部有选择地进行齿轮啮合。
2. 如权利要求1所述的执行元件，其特征在于， 上述后级侧传动齿轮部具有第1齿轮，通过对上述手动/变速离合器齿轮进行的沿上述中心 轴的移动操作，该第1齿轮有选择地决定其与上述手动/变速离合器 齿轮间的啮合状态，在其与上述手动/变速离合器齿轮间的啮合状态 被维持时，向上述输出轴传递上述电动机的转矩；以及第2齿轮，通过对上述手动/变速离合器齿轮进行的沿上述中心 轴的移动操作，该第2齿轮有选择地决定其与上述手动/变速离合器 齿轮间的啮合状态，在其与上述手动/变速离合器齿轮间的啮合状态 被维持时，向上述输出轴传递上述电动机的转矩，并提供与上述第1 齿轮不同的减速比，上述手动/变速离合器齿轮具有前级齿轮部，其与上述前级侧传动齿專仑部啮合，传动上述电动机的转矩；与上述第1齿轮啮合的第1齿轮部；以及 与上述第2齿轮啮合的第2齿轮部，上述离合器齿轮切换机构通过其对上述手动/变速离合器齿轮进行的沿上述中心轴的移动操作，切换为如下三个状态之一，即上述第1齿轮和上述第1齿轮部间不啮合且上述第2齿轮与上述 第2齿轮部间不啮合的状态；上述第1齿轮和上述第1齿轮部间啮合而上述第2齿轮与上述第 2齿轮部间不啮合的状态；以及上述第1齿轮和上述第1齿轮部间不啮合而上述第2齿轮和上述 第2齿轮部间啮合的状态。
3.如权利要求1所述的执行元件，其特征在于，上述后级侧传动齿轮部具有第1齿轮，通过对上述手动/变速离合器齿轮进行的沿上述中心 轴的移动操作，该第1齿轮有选择地决定其与上述手动/变速离合器 齿轮间的啮合状态，在其与上述手动/变速离合器齿轮间的啮合状态 被维持时，向上述输出轴传递上述电动机的转矩；以及第2齿轮，通过对上述手动/变速离合器齿轮进行的沿上述中心 轴的移动操作，该第2齿轮有选择地决定其与上述手动/变速离合器 齿轮间的啮合状态，在其与上述手动/变速离合器齿轮间的啮合状态 被维持时，向上述输出轴传递上述电动机的转矩，并提供与上述第1 齿轮不同的减速比，上述手动/变速离合器齿轮具有与上述第1齿轮啮合的第1齿轮部；与上述第1齿轮啮合的第2齿轮部；以及前级齿轮部，通过对上述手动/变速离合器齿轮进行的沿上述中 心轴的移动4喿作，该前级齿！^部有选#^也决定其与上述前级侧传动 齿轮部间处于啮合状态或不啮合状态这两者之一 ，上述离合器齿轮切换机构通过其上述手动/变速离合器齿轮进行的沿上述中心轴的移动操作，切换为如下三个状态之一，即上述前级齿4仑部和上述前级侧传动齿4&部间啮合且仅上述第1齿轮与上述第1齿轮部间啮合的状态；上述前级齿l仑部和上述前级侧传动齿專&部间啮合且仅上述第2 齿轮与上述第2齿轮部间啮合的状态；以及上述前级齿4仑部和上述前级侧传动齿轮部间不啮合的状态。
4. 一种执行元件，其通过传递电动机的转矩，使与驱动对象相 连的输出轴动作，驱动控制上述驱动对象，其特征在于，具有手动/变速离合器齿轮，其由可同轴并一体旋转的多个齿轮构成， 以可沿中心轴移动的方式安装在上述中心轴上；前级侧传动齿轮部，其与上述手动/变速离合器齿轮啮合，包含 产生不同减速比的多个齿轮，传递上述电动机的转矩；后级侧传动齿轮部，其与上述手动/变速离合器齿轮啮合，向输 出轴传递上述电动才几的转矩；离合器齿轮切换机构，通过其对上述手动/变速离合器齿轮进行的沿中心轴的移动:搡作，解除上述前级侧传动齿轮部、上述后级侧传动齿轮部两者之一与上述手动/变速离合器齿轮间的啮合，将上述 手动/变速离合器齿轮和上述前级侧传动齿轮部有选择地进行齿轮啮合。
5. 如权利要求4所述的执行元件，其特征在于， 上述前级侧传递齿4企部具有第1齿轮，通过对上述手动/变速离合器齿轮进行的沿上述中心 轴的移动操作，该第1齿轮有选择地决定其与上述手动/变速离合器 齿轮间的啮合状态，在其与上述手动/变速离合器齿轮间的啮合状态 被维持时，向上述输出轴传递上述电动机的转矩；以及第2齿轮，通过对上述手动/变速离合器齿轮进行的沿上述中心 轴的移动操作，该第2齿轮有选择地决定其与上述手动/变速离合器 齿轮间的啮合状态，在其与上述手动/变速离合器齿轮间的啮合状态 被维持时，向上述输出轴传递上述电动机的转矩，并提供与上述第1齿轮不同的减速比，上述手动/变速离合器齿轮具有后级齿轮部，其与上述后级侧传动齿轮部啮合，向输出轴传递上述电动机的转矩；与上述第1齿轮啮合的第1齿轮部；以及 与上述第2齿轮啮合的第2齿轮部，上述离合器齿轮切换机构通过其对上述手动/变速离合器齿轮进 行的沿上述中心轴的移动操作，切换为如下三个状态之一，即上述第l齿轮和上述第1齿轮部间不啮合且上述第2齿轮和上述 第2齿轮部间不啮合的状态；上述第l齿轮和上述第1齿轮部间啮合而上述第2齿轮和上述第 2齿轮部不啮合的状态；上述第1齿轮和上述第1齿轮部不啮合而上述第2齿轮和上述第 2齿專仑部啮合的状态。
6.如权利要求4所述的执行元件，其特征在于，上述前级侧传动齿4&部具有第1齿轮，通过对上述手动/变速离合器齿轮的沿上述中心轴进 行的移动操作，该第1齿轮有选择地决定其与上述手动/变速离合器 齿轮间的啮合状态，在其与上述手动/变速离合器齿轮间的啮合状态 被维持时，传递上述电动机的转矩；以及第2齿轮，其产生不同于上述第1齿轮的减速比，通过对上述手 动/变速离合器齿轮进行的沿上述中心轴的移动操作，第2齿轮有选 择地决定其与上述手动/变速离合器齿轮间的啮合状态，在其与上述 手动/变速离合器齿轮间的啮合状态被维持时，传递上述电动机的转 矩，上述手动/变速离合器齿轮具有 与上述第1齿轮啮合的第1齿轮部； 与上述第2齿轮啮合的第2齿轮部；以及后级齿轮部，通过对上述手动/变速离合器齿轮进行的沿中心轴的移动操作，该后级齿轮部有选择地决定其与上述后级侧传动齿轮 部间的状态是啮合状态还是不啮合状态，上述离合器齿轮切换机构，通过其对上述手动/变速离合器齿轮 进行的沿上述中心轴的移动操作，切换为如下三个状态之一，即上述后级齿轮部和上述后级侧传动齿轮部间啮合且仅上述第1齿轮和上述第1齿轮部间啮合的状态；上述后级齿轮部和上述后级侧传动齿轮部间啮合且仅上述第2 齿轮和上述第2齿轮部间啮合的状态；以及上述后级齿轮部和上述后级侧传动齿轮部间不啮合的状态。
7. 如权利要求1 ~6的任意一项所述的执行元件，其特征在于， 上述离合器齿轮切换机构具有弹性保持部，其对上述手动/变速离合器齿轮进行弹性保持；以及操作部，其将外力变换为作用在上述手动/变速离合器齿轮上的 沿上述中心轴的方向的移动力；传递部，其将由上述操作部变换来的上述移动力传向上述弹性保 持部件，并经由上述弹性保持部件，使上述手动/变速离合器齿轮移 动，在上述手动/变速离合器齿轮移动到规定位置的过程中，该移动 受到限制时，上述移动力使上述弹性保持部件向与上述手动/变速离 合器齿轮的移动方向反向的方向变形；在上述手动/变速离合器齿轮 的移动限制解除时，通过上述弹性保持部件在向初始状态回复过程 中产生的反力，使上述手动/变速离合器齿轮移动到上述规定位置。
8. 如权利要求1 ~ 6的任意一项所述的执行元件，其特征在于， 上述离合器齿轮切换结构具有对上述手动/变速离合器齿轮进行保持的保持部件；操作部，其具有由弹性部件构成的弹性操作轴，将从外部加载的扭力变换为沿与上述手动/变速离合器齿轮的上述中心轴平行的方向 上的移动力；以及传递部，其将由上述操作部变换来的上述移动力传向上述保持部件，经由上述保持部件，使上述手动/变速离合器齿轮沿中心轴移动，在上述离合器齿轮移动到规定位置，上述离合器齿轮的移动受到限制时，上述弹性操作轴在上述扭力的作用下扭曲变形，在上述手动/变速离合器齿轮的移动限制解除时，上述弹性操作轴向初始状态回复过程中所产生的反力被用作使上述手动/变速离合 器齿轮移动到上述规定位置的移动力，传递到上述保持部件。
9. 一种阀门装置，其具有如权利要求1 ~8的任意一项所述的执行元件，以及根据该执行元件的输出轴的动作来进行打开、关闭操作的阀体。
10. —种风门装置，其具有如权利要求1 ~ 8的任意一项所述的执行元件，以及根据该执行元件的输出轴的动作来进行打开、关闭 操作的风门主体。
全文摘要
本发明提供一种可以以简单的结构实现手动/电动操作切换、输出轴变速的执行元件，使用该执行元件的阀门装置以及风门装置。该执行元件，通过对由同轴并一体旋转的多个齿轮构成的手动/变速离合器齿轮(8)沿固定轴(9)进行移动操作，解除前级侧传动齿轮或后级侧传动齿轮的与手动/变速离合器齿轮(8)间的啮合，并使手动/变速离合器齿轮(8)和后级侧传动齿轮间的可产生所希望的减速比的齿轮间啮合。
文档编号F16K31/05GK101205990SQ20071030218
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月18日 优先权日2006年12月20日
发明者关根浩一, 大桥智文 申请人:株式会社山武