JP2004218720A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】チャタリング現象の発生を防止する。
【解決手段】モータ１２で正逆回転されるシャフト１５の外周にナット１８が進退自在に螺合され、ナット１８にはシャフト１５の外部に配された支持筒１４内を移動する移動筒２２が結合されたリニアアクチュエータにおいて、ハウジング１１の軸受孔５１、５２に軸方向に進退自在に支承されたロッド５３と、ロッド５３を中立に維持する一対のスプリング６１、６２と、ロッド５３の両端部に配置されナット１８の突出部１９に係合する一対の係合部５４、５５と、ハウジング１１のモータ側端部に配設された一対のスイッチ５９、６０と、ロッド５３のモータ側の端部に配設されスイッチ５９、６０と係合して作動させる一対の作動部５７、５８とを備えており、一方の係合部５５が逃げ部５６でロッド５３に軸方向に移動自在に構成されている。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータに関し、特に、電動送りねじ式アクチュエータに係り、例えば、医療・介護用ベッドの寝床を起立させたり倒伏させたり、背部や膝部の寝床を傾斜させたりするのに利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療・介護用ベッドにおいては患者の寝食の負担を軽減するために、ベッドの寝床を電動送りねじ式アクチュエータによって起立させたり倒伏させたりすることが実施されている。
【０００３】
従来のこの種のアクチュエータとして、ハウジングのシャフト挿通部内に挿通されて回転自在に支承されたシャフトが減速装置を介してモータによって正逆回転駆動されるように構成されており、このシャフトの外周に形成された雄ねじ部には軸方向に移動する移動筒を連結された雌ねじ部材が進退自在に螺合されており、移動筒の前側端部が負荷に連結されるように構成されているものがある。
【０００４】
このようなアクチュエータが医療・介護用ベッドに使用された場合においては、移動筒が伸びてベッドの寝床を起立させ患者の体重を支える状態になるため、シャフトにはベッドの自重や患者の体重によってシャフトを逆回転させようとする外力（以下、負荷側逆回転作用力ということがある。）が常に作用することになる。そこで、このようなアクチュエータが医療・介護用ベッドに使用される場合には、シャフトに逆回転を防止するためのブレーキ装置およびワンウェイクラッチが介設される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１０９０９４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シャフトにワンウェイクラッチが介設されたアクチュエータにおいては、ストロークエンドを検出するためにリミットスイッチが使用されている場合には、ワンウェイクラッチ特有の作動遅れにより、リミットスイッチがオン・オフを繰り返すチャタリング現象が発生するという問題点がある。
【０００７】
本発明の目的は、チャタリング現象の発生を防止することができるアクチュエータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアクチュエータは、モータによって正逆回転駆動されるシャフトがハウジングに回転自在に支承されているとともに、このシャフトの外周に形成された雄ねじ部には雌ねじ部材が軸方向に進退自在に螺合されており、この雌ねじ部材には前記シャフトの外部に配されて前記ハウジングの軸心方向に移動する移動筒が結合されているアクチュエータにおいて、
前記ハウジングの内部に形成された軸受部に前記移動筒の移動方向に進退自在に支承されたロッドと、前記ハウジングに反力をとって前記ロッドを互いに反対方向に付勢する一対のスプリングと、前記ロッドの両端部にそれぞれ配置されて前記雌ねじ部材に係合する一対の係合部と、前記ハウジングの前記モータ側の端部に配設された一対のスイッチと、前記ロッドの前記モータ側の端部に配設されて前記一対のスイッチとそれぞれ係合して作動させる一対の作動部とを備えており、前記一対の係合部のうち一方の係合部が前記ロッドに軸方向に移動自在に構成されていることを特徴とする。
【０００９】
前記した手段において、シャフトがモータによって正回転されると、雌ねじ部材に連結された移動筒は前進して行く。このとき、一方のスイッチと係合していた一方の作動部は雌ねじ部材の突出部が一方の係合部から離れるのに伴ってロッドが一方のスプリングによって離れる方向に付勢されるために、スイッチから離れ、スイッチを待機状態に自動的に戻す。雌ねじ部材がシャフトに沿って移動して行き、雌ねじ部材がロッドの他方の係合部に係合してロッドを前進方向に押すと、ロッドの他方の作動部が他方のスイッチを投入することにより、このスイッチをオフさせるために、モータは自動的に停止する。雌ねじ部材が両方の限界位置を移動する間は、雌ねじ部材が両方の係合部に係合しないので、ロッドは両方のスプリングによって規定された中立位置を維持している。
【００１０】
操作ボタンが正回転方向（負荷を持ち上げる方向）に押され、雌ねじ部材が限界位置でスイッチによりモータの運転が停止された時に、その操作ボタンを正回転方向に押したままでいると、負荷側から逆回転させようとする負荷側逆回転作用力がシャフトに作用して雌ねじ部材が空走することにより、ロッドが逆方向に戻ると、スイッチがオン・オフを繰り返すために、モータがオン・オフを繰り返すチャタリング現象が発生してしまう。しかし、前記した手段においては、一方の係合部がロッドに対して軸方向に進退自在に構成されていることにより、その係合部が戻り方向にスプリングによって移動されても、ロッドは戻らないために、スイッチをオンさせることはなく、その結果、チャタリング現象の発生を防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１２】
図１に示されているように、本実施の形態に係るアクチュエータは医療・介護用ベッド（以下、ベッドという。）の寝床を起伏させるためのものとして構成されている。すなわち、アクチュエータ１０の固定端側になるハウジング１１はベッド１のフレーム２に枢軸３によって回転自在に枢支されており、アクチュエータ１０の自由端側になる後記する移動筒２２の先端は寝床４を起伏させるためのリンク５に枢軸６によって回転自在に連結されている。アクチュエータ１０が短縮した状態で、ベッド１の寝床４は図１（ａ）に示されているように水平に倒伏されており、アクチュエータ１０が伸長すると、寝床４は図１（ｂ）に示されているように起立されるようになっている。なお、ベッドはアクチュエータ１０の伸長によって寝床４が起立されるように構成するに限らず、アクチュエータ１０の短縮によって寝床４が起立されるように構成してもよい。
【００１３】
図２および図３に示されているように、アクチュエータ１０は樹脂が使用されて略円筒形状に形成されたハウジング１１を備えており、ハウジング１１の一端部にはモータ１２が直角に装着されている。ハウジング１１のモータ１２の装着側端部の端面には枢軸３が枢支される連結具１３が、筒心の延長線上に配置されて固定的に挿入されている。ハウジング１１の連結具１３の反対側には支持筒１４が形成されており、支持筒１４の筒心上にはシャフト１５が軸架されている。シャフト１５の連結具１３と反対側には送り用の雄ねじ部１６が形成されており、この雄ねじ部１６には雌ねじ部１７が螺合された雌ねじ部材としてのナット１８が進退自在に装着されている。ナット１８の連結具１３側の端部の外周面には突出部１９が形成されており、突出部１９は支持筒１４に敷設されたガイドに摺動自在に嵌入してナット１８を回り止めしている。ナット１８の反対側の端部には連結用雄ねじ部２０が形成されている。ナット１８の連結用雄ねじ部２０には円筒形状の移動筒２２の一端部の内周面に形成された雌ねじ部２３が螺合されており、移動筒２２およびナット１８のねじ結合部には螺合部材２１が径方向に挿入されている。螺合部材２１の先端部はナット１８の内周面を貫通してシャフト１５の雄ねじ部１６に螺合している。
【００１４】
移動筒２２の連結具１３と反対側の端部には、移動筒２２をベッド１のリンク５に連結させるための連結具２４が螺入されており、枢軸６が連結具２４に移動筒２２の外側から挿入されることにより、移動筒２２がリンク５に連結されるようになっている。なお、連結具２４がベッドの寝床側に連結されることによって、ナット１８および移動筒２２は支持筒１４に対して回り止めされた状態となるため、移動筒２２はナット１８の回転運動に対して回転を阻止する状態になり、ナット１８の進退運動に伴って支持筒１４に対して直線運動する状態になる。但し、ナット１８が支持筒１４に回り止め状態で摺動自在に嵌合しているので、アクチュエータ１０のベッド装着前の状態であっても、移動筒２２は支持筒１４に対して直線運動することができる。
【００１５】
図３および図４に示されているように、モータ１２の回転軸３１はシャフト１５に直交するようにハウジング１１に挿入されており、回転軸３１の先端部にはウオーム３２が形成されている。シャフト１５のウオーム３２と交差する部位にはウオームホイール３３が一体回転するように嵌合されており、ウオームホイール３３にはウオーム３２が噛合されている。ハウジング１１におけるシャフト１５のウオームホイール３３と隣り合う部位にはラジアル転がり軸受３４が設置されており、ラジアル転がり軸受３４はシャフト１５を回転自在に支承している。
【００１６】
ハウジング１１におけるラジアル転がり軸受３４と隣り合う部位には、図５に示されたワンウェイクラッチ４０が設置されている。ワンウェイクラッチ４０は図５（ｂ）に示された有底円筒形状のクラッチケース４１と、図５（ｃ）に示された歯列を有する円形リング形状のラチェットストッパ４２と、シャフト１５に直交するように嵌合されて回り止めされたブレーキプレート４３と、シャフト１５に反力をとってラチェットストッパ４２をブレーキプレート４３の方向に付勢しラチェットストッパ４２の歯列をクラッチケース４１の歯列に係合させるクラッチスプリング４４とを備えており、図５（ｄ）に示されているように、ワンウェイクラッチの作用を果たすように構成されている。
【００１７】
図３に示されているように、ハウジング１１の内部におけるシャフト１５の外側には互いに離間する軸受部としての軸受孔５１、５２がそれぞれ開設されており、両軸受孔５１、５２にはロッド５３の両端部が摺動自在に嵌入されて軸方向に進退自在に支承されている。ロッド５３におけるモータ１２側の端部には第一係合部５４が突設されており、第一係合部５４にはナット１８の突出部１９が移動筒２２側から係合するようになっている。ロッド５３における支持筒１４の先端側の端部には第二係合部５５が突設されており、第二係合部にはナット１８の突出部１９がモータ１２側から係合するようになっている。図３（ａ）に示されているように、第二係合部５５はロッド５３に形成された逃げ部５６に軸方向に摺動自在に嵌合されることにより、軸方向に若干だけ移動し得るように構成されている。図４に示されているように、ロッド５３の第一係合部５４の端部には第一作動部５７と第二作動部５８とが固定されており、第一作動部５７はハウジング１１の対向位置に設置された第一リミットスイッチ５９と第二リミットスイッチ６０とにそれぞれ係合して作動させるように設定されている。ロッド５３の両端部には、ハウジング１１に反力をとってロッド５３を互いに反対方向に付勢する第一スプリング６１と第二スプリング６２とが、それぞれ外装されている。
【００１８】
次に、作用および効果を説明する。
【００１９】
予め、アクチュエータ１０はベッド１に図１に示されているように組み付けられる。すなわち、枢軸３がベッド１のフレーム２に挿通されてアクチュエータ１０の連結具１３に挿通されることにより、アクチュエータ１０は枢軸３によってベッド１のフレーム２に回転自在に枢支され、寝床４側の枢軸６がアクチュエータ１０の移動筒２２側の連結具２４に挿通されることにより、アクチュエータ１０は寝床４に枢軸６によって回転自在に連結される。
【００２０】
アクチュエータ１０がベッド１に組み付けられた後に、操作者が寝床４を起立させるべく正回転側の操作ボタンを押すことにより、図１（ａ）の状態から、モータ１２が正方向に回転運転されると、回転軸３１の駆動力がウオーム３２およびウオームホイール３３を介してシャフト１５に伝達される。シャフト１５がモータ１２によって正回転されると、ナット１８は支持筒１４に沿って前進される状態になるため、ナット１８に連結された移動筒２２は支持筒１４から押し出されて行く。移動筒２２の前進によって移動筒２２の連結具２４に連結されたベッド１の寝床４が起立されて行く。このとき、図６（ａ）に示されているように、第一リミットスイッチ（以下、下限スイッチという。）５９を押していた第一作動部（以下、下限作動部という。）５７は、ナット１８の突出部１９が第一係合部（以下、下限係合部という。）５４から離れるのに伴ってロッド５３が第一スプリング６１によって離れる方向に付勢されるために、下限スイッチ５９のボタン５９ａから離れる。これにより、下限スイッチ５９は待機状態に自動的に戻る。
【００２１】
図６（ｂ）に示されているように、ナット１８がシャフト１５に沿って移動して行き、ナット１８の突出部１９がロッド５３の第二係合部（以下、上限係合部という。）５５に係合してロッド５３を上限方向に押すと、ロッド５３の第二作動部（以下、上限作動部という。）５８が第二リミットスイッチ（以下、上限スイッチという。）６０のボタン６０ａを投入することにより、上限スイッチ６０をオフさせるために、モータ１２は上限位置にて自動的に停止する。ここで、ナット１８が下限位置から上限位置まで移動する間は、ナット１８の突出部１９が上限係合部５５に係合しないので、ロッド５３は第一スプリング６１と第二スプリング６２とによって規定された中立位置を維持している。
【００２２】
モータ１２の運転が停止されると、ベッド１の寝床４の荷重（患者の体重等）がナット１８に後退させる方向の力として移動筒２２を介して作用する状態になるために、シャフト１５には移動筒２２すなわち負荷側から逆回転させようとする負荷側逆回転作用力が、ナット１８の雌ねじ部１７およびシャフト１５の送り用雄ねじ部１６の作用によって加わる。図５（ｄ）に示されているように、この負荷側逆回転作用力はワンウェイクラッチ４０のラチェットストッパ４２を遊ばせる方向に外力を及ぼすために、図６（ｃ）に示されているように、ナット１８は下限位置の方向に若干であるが、空走してしまう。ナット１８が空走してナット１８の突出部１９が下限位置の方向に移動すると、上限係合部５５は第二スプリング６２に下限方向に付勢されているので、上限係合部５５は下限位置の方向に追従してしまう。
【００２３】
ところで、上限係合部５５の下限方向への移動に追従してロッド５３も下限方向に移動する場合には、ロッド５３の上限作動部５８が上限スイッチ６０のボタン６０ａから離れるので、モータ１２が正方向に回転し始める。モータ１２が正方向に回転すると、ナット１８がシャフト１５に沿って移動して行き、ナット１８の突出部１９がロッド５３の上限係合部５５に再び係合してロッド５３を上限方向に押し、ロッド５３の上限作動部５８によって上限スイッチ６０をオフさせるために、モータ１２は上限位置にて再び自動的に停止する。モータ１２の運転が停止されると、ベッド１の寝床４の荷重（患者の体重等）がナット１８に後退させる方向の力として移動筒２２を介して作用するために、シャフト１５には負荷側逆回転作用力がナット１８の雌ねじ部１７およびシャフト１５の送り用雄ねじ部１６の作用によって再び加わり、ワンウェイクラッチ４０のラチェットストッパ４２を遊ばせる方向に外力を及ぼすことにより、ナット１８を下限位置の方向に再び空走させる。ナット１８が空走してナット１８の突出部１９が下限位置の方向に移動すると、第二スプリング６２に下限方向に付勢されている上限係合部５５の下限位置の方向への追従に伴って、ロッド５３も下限方向に追従してしまうために、操作者が正回転側の操作ボタンを押したままでいると、上限スイッチ６０が再びオンしてしまう。以上の作動が繰り返し引き起こされることにより、モータ１２がオン・オフを繰り返すチャタリング現象が発生してしまう。
【００２４】
しかし、本実施の形態においては、上限係合部５５はロッド５３に対して逃げ部５６によって軸方向に進退自在に構成されていることにより、図６（ｃ）に示されているように、上限係合部５５が下限方向に第二スプリング６２によって逃げることにより、ロッド５３が下限方向に移動するのを阻止することができるので、モータ１２がオン・オフを繰り返すチャタリング現象が発生するのを防止することができる。すなわち、上限係合部５５が下限方向に移動してもロッド５３が下限方向に移動しないので、上限作動部５８が上限スイッチ６０のボタン６０ａから離れることはなく、操作者の操作ボタンの操作に関わらず上限スイッチ６０をオンさせることはない。つまり、上限係合部５５がロッド５３に対して移動する（逃げる）ことにより、ワンウェイクラッチ４０の空走を吸収することができるので、チャタリング現象の発生を防止することができる。
【００２５】
その後、操作者が寝床４を倒伏させるべく逆回転側の操作ボタンを押すことにより、モータ１２が逆方向に回転運転されると、回転軸３１の逆回転駆動力はウオーム３２およびウオームホイール３３を介してシャフト１５に伝達される。シャフト１５がモータ１２によって逆回転されると、ナット１８は支持筒１４に沿って後退される状態になるため、ナット１８に連結された移動筒２２は支持筒１４に引き込まれて行く。移動筒２２の後退によって移動筒２２の連結具２４に連結されたベッド１の寝床４が倒されて行く。このとき、図６（ｃ）に示されているように、上限スイッチ６０を押していた上限作動部５８はナット１８の突出部１９が上限係合部５５から離れるのに伴ってロッド５３が第二スプリング６２によって離れる方向に付勢されるために、上限スイッチ６０から離れる。これにより、上限スイッチ６０は待機状態に自動的に戻る。
【００２６】
図６（ｄ）に示されているように、ナット１８がシャフト１５に沿って移動して行き、ナット１８の突出部１９がロッド５３の下限係合部５４に係合してロッド５３を下限方向に押すと、ロッド５３の下限作動部５７が下限スイッチ５９のボタン５９ａを投入することにより、下限スイッチ５９をオフさせるために、モータ１２は下限位置にて自動的に停止する。ここで、ナット１８が上限位置から下限位置まで移動する間は、ナット１８の突出部１９が下限係合部５４に係合しないので、ロッド５３は第一スプリング６１と第二スプリング６２とによって規定された中立位置を維持している。
【００２７】
モータ１２の運転が停止されると、ベッド１の寝床４の荷重（患者の体重等）はベッド１のフレーム２によって機械的に支持されることにより、移動筒２２にはナット１８に後退させる方向の力が作用する状態にならないために、負荷側逆回転作用力がシャフト１５に作用することはない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チャタリング現象の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるアクチュエータが使用された医療・介護用ベッドの要部を示す正面図であり、（ａ）は倒伏状態を、（ｂ）は起立状態を示している。
【図２】本発明の一実施の形態であるアクチュエータを示す平面断面図である。
【図３】（ａ）はその正面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ部の拡大図である。
【図４】主要部を示す断面図である。
【図５】ワンウェイクラッチを示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）はクラッチケース、（ｃ）はラチェットストッパ、（ｄ）は作用を説明するための展開断面図である。
【図６】ロッドの作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…ベッド（医療・介護用ベッド）、２…フレーム、３…枢軸、４…寝床、５…リンク、６…枢軸、１０…アクチュエータ、１１…ハウジング、１２…モータ、１３…連結具、１４…支持筒、１５…シャフト、１６…送り用雄ねじ部、１７…雌ねじ部、１８…送り用ナット（雌ねじ部材）、１９…突出部、２０…雄ねじ部、２１…螺合部材、２２…移動筒、２３…雌ねじ部、２４…連結具、３１…モータの回転軸、３２…ウオーム、３３…ウオームホイール、３４…ラジアル転がり軸受、４０…ワンウェイクラッチ、４１…クラッチケース、４２…ラチェットストッパ、４３…ブレーキプレート、４４…クラッチスプリング、５１、５２…軸受孔（軸受部）、５３…ロッド、５４…第一係合部、５５…第二係合部、５６…逃げ部、５７…第一作動部、５８…第二作動部、５９…第一リミットスイッチ、６０…第二リミットスイッチ、６１…第一スプリング、６２…第二スプリング。

Claims (1)

1. モータによって正逆回転駆動されるシャフトがハウジングに回転自在に支承されているとともに、このシャフトの外周に形成された雄ねじ部には雌ねじ部材が軸方向に進退自在に螺合されており、この雌ねじ部材には前記シャフトの外部に配されて前記ハウジングの軸心方向に移動する移動筒が結合されているアクチュエータにおいて、
   前記ハウジングの内部に形成された軸受部に前記移動筒の移動方向に進退自在に支承されたロッドと、前記ハウジングに反力をとって前記ロッドを互いに反対方向に付勢する一対のスプリングと、前記ロッドの両端部にそれぞれ配置されて前記雌ねじ部材に係合する一対の係合部と、前記ハウジングの前記モータ側の端部に配設された一対のスイッチと、前記ロッドの前記モータ側の端部に配設されて前記一対のスイッチとそれぞれ係合して作動させる一対の作動部とを備えており、前記一対の係合部のうち一方の係合部が前記ロッドに軸方向に移動自在に構成されていることを特徴とするアクチュエータ。

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