JP2004511194A - リニアアクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
本発明は、請求項1の前提部分に記載されたリニアアクチュエータに関する。
【0002】
この種のアクチュエータは、例えば全てLinak A/Sに属する欧州特許公開第531247号、第586326号、第647799号および第662573号から公知となっている。スピンドルで生じる力は、プラスチックハウジングに包封されたプッシュ/プル軸受(push/pull bearing)によって吸収される。軸受とリアマウントとの間に発生する力は、プラスチックハウジングを介して伝達され、したがってハウジングはそれに応じて寸法および構成が決定される。そのようなプラスチックハウジングは、アクチュエータ価格のかなりの額を構成する。Linak A/Sの国際公開第WO98/30816号から、ベアリングとリアマウントとの間の力が金属シャーシを介して伝達される、非常に高性能の精緻なアクチュエータの一例が公知である。これらのアクチュエータは、防湿および防水性を有することを必要条件とする家具、例えば病院用および介護用ベッドに内蔵されて使用される。一例としてHuntleigh technology plc.の欧州特許公開第488552号を挙げることができる。アクチュエータは完全にまたは部分的に目で見ることができるので、アクチュエータはさらに表面が滑らかであり汚れに強いという設計が最低限必要である。
【0003】
意匠的な配慮が必要でない工業用のハウジング無し高荷重アクチュエータは、一体化されたリアマウント付き支持金属ハウジングを用いており、これを通して力が伝達される。
【0004】
この種のアクチュエータは、ドイツ実用新案第9404383.3U1号から公知であり、そこでは、圧力ダイカスト亜鉛からなるハウジングがモータ用の円筒部を備えており、当該円筒部は蓋で閉じることができる。加えて、アクチュエータは適切なシールを備え耐水性であるので、病院および介護分野のベッド用に使用することができる。圧力ダイカスト亜鉛ハウジングは、モータを内包する必要があるので、比較的大きくしなければなず、解決手段としては比較的高価である。
【0005】
欧州特許公開第0831250号から、ハウジング付きアクチュエータが公知である。そのハウジングは、モータおよび伝動装置を取り囲むシェルを含む。アクチュエータのリアマウント寄りの後部に開いているシェルは、蓋で閉じられる。前方、つまりスピンドル寄りでは、そのシェルに外管用の固定具が形成され、前記外管はスピンドルナット用のガイドとして、かつスピンドルの外端用のガイドとして働く。いかなる場合でも、スピンドルに発生する横方向の力は、外管を介してハウジングに伝達される。したがって、ハウジングおよび外管は剛性材料から作成され、アルミニウム、亜鉛合金、およびステンレス鋼が例示されている。また、プラスチック材、ガラス繊維を含むナイロン、ポリ塩化ビニル、およびポリエチレンは同等の剛性を有する。全体として、比較的高価な解決手段である。
【0006】
本発明の目的は、冒頭で述べた種類のアクチュエータであって、安価に生産できるが、性能および品質の点では上述の従来例に匹敵するアクチュエータを提供することである。
【0007】
本発明によれば、上記目的は、モータハウジング上のコンソール(console)が、外管、スピンドル軸受、およびリアマウント用であってそこにかかる力を吸収するように設計された追加の固定手段を有するように、アクチュエータを設計することによって達成される。そのコンソールは、軸受とリアマウントとの間の力の伝達に関してのみ設計することができ、それ以外ではできるだけ小さくすることができる。したがって、このモータハウジングおよびコンソールは、アクチュエータの支持部品、言い換えるとシャーシである。ハウジングの強度に対し特別な要求は無いので、ハウジングの生産および形状に関して、より自由である。したがって、材料の厚さを薄くすることができ、補強リブは一般に完全に回避することができ、これは成形ツールの単純化および生産の簡易化を意味する。さらに、それ自体安価であり、生産上の利点でもある、より強度の低い種類のプラスチックを選択することができる。
【0008】
公知のアクチュエータは一般にねじで組み立てられ、それはハウジングにねじ穴(screw well)およびねじ塔(screw tower)を成形することを必要とし、実際の組立は手動で行なわれる。本発明に係るハウジングは支持構造の部分ではないので、これにより他の力を伝達しない組み立て方法を使うことができる。本発明の実施形態では、そのハウジングは溶接、好ましくは超音波溶接によって組み立てられる。これは機械によって行なわれ、手動組立ては低減される。さらに、完全な溶接によりハウジングは防湿および防水性を持ち、それによって公知のアクチュエータの場合のような複雑なシールは回避される。したがって、接合縁をより簡単に作成することができ、同時にシール材の手動装着が回避される。
【0009】
公知のアクチュエータのハウジングは、スピンドルの長手軸によって決定されかつモータ軸と平行な面で二分割される。
【0010】
対照的に、本発明では、ハウジングは、スピンドルの長手軸によって決定されかつモータ軸に垂直な面で、または一般にこの位置で二分割される。これにより、特にモータを包囲受容するための円筒部がハウジングに追加で形成される場合に、組立上の利点が生じる。本方法で、モータは、好ましくは音響/振動吸収層を間に設けて、ハウジングを固定するために利用される。そのハウジングはさらに、それが外管およびリアマウントを包囲しかつ分割線でそれらに対接するように固定することができる。さらに、そのハウジングは、これをコンソール上にさらに固定するために内部フランジを装備することができる。
【0011】
外管の一端を軸方向に挿入するためにコンソール内の包囲開口によって、外管が特に簡単に固定できる。それによって外管は横方向に固定される。軸方向の固定は、ばね脚の端で好適に成形された、外管の開口に内向きに突起する少なくとも1つのピンまたはカムによって達成することができる。外管の挿入を容易にするために、クランプ上にピンが成形され、このピンを包囲開口のある部分に滑り込ませることができる。クランプを固定するために、その外端および前記部分に、対応するスナップロッククリップが設けられる。したがって、外管は抵抗無く開口内に挿入し、その後クランプで錠止することができる。
【0012】
アクチュエータの実施形態では、リアマウントはハウジングとは別個の部品であり、軸受を受容する。これにより軸受とリアマウントとの間の距離が極めて短くなるので、同時に組立上の利点が生じる。したがって、軸受とマウントとの間の力の伝達は、ほぼ直接的になる。リアマウントを軸受を受容するための凹部を有する2つの部品に形成することにより、これは長手方向に直接固定される。
【0013】
アクチュエータが組み込まれる構造体に対するリアマウントの角度を調整できることが望ましい。これは様々な方法、例えば多角形断面、スプライン接続等により行なうことができる。好ましい実施形態では、リアマウントは、円筒部がコンソールの対応する円筒形開口に受容され、かつそのリアマウントがコンソールの陥凹部に嵌合される少なくとも1つの突起を持ち、リアマウントを所望通りに回転させることができるように設計する。
【0014】
アクチュエータが組み込まれる構造体に作動ロッドの外端を固定するために、そのロッドに、開口部(eye)や二股取付具などの様々な取付具を設けることができる。この開口部は作動ロッドに簡単に形成することができ、支承面がロッドの中空空間内へ隆起したリムにより規定される開口部で構成される。管状の作動ロッドの端はプラグで閉じることができる。
【0015】
公知のアクチュエータは通常固定ケーブルを備え、その一端は防湿または防水性の状態で、ハウジング内に導入される。すなわち、ケーブルの所望の長さを事前に知っているか、あるいは代替的に標準ケーブル長のアクチュエータを設けて、要求に従ってケーブルを短くするか延長しなければならない。そのような場合、アクチュエータ内部の受け口と関連する穴をハウジングに設けることが有利である。このようにして、そのアクチュエータは所望の長さのケーブルを備えることができ、ケーブルも容易に交換される。ケーブルの端のプラグは、穴の側壁に対する防湿および防水締付けのためにOリングを備えることができる。
【0016】
アクチュエータの一実施形態では、モータの上のハウジングの部分と外管との間の角度部分に嵌合するように設計された制御ボックスを装備することができ、ハウジングに面する制御ボックスの端はこれに対応する形状を持ち、ハウジングのリブを制御ボックスの対応する溝に受容することによってここに取り付けることができ、制御ボックスはクランプにより外管に固定することができる。一般的に制御ボックスは制御電子回路と、変圧器を備える電源とを含む。したがって、このボックスは非常に重くなり得る。アクチュエータの比較的弱いハウジングにもかかわらず、それでもなお制御ボックスをハウジングに取り付けることが可能である。これは、モータがハウジングの関連部分を支持し、外管がそのコンソール内に埋め込まれるためである。
【0017】
アクチュエータはまた、例えば欧州特許公開第0685662号に記載された種類のクイック解除機能をも備えることができる。このクイック解除機能は、例えば病院ベッド用アクチュエータで使用することができ、マットレス支承面を素早く水平な高さまで下降させることができる。
【0018】
以下で、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態をさらに詳しく説明する。
【0019】
図面に示す通り、アクチュエータの主要部分は二分割ハウジング1、モータ2、ウォームホイール13、スピンドル4、スピンドルナット5、作動ロッド6、外管7、およびリアマウント8によって構成される。
【0020】
モータは可逆電気モータ、一般的に24Vまたは48VのDCモータである。モータは前蓋9を有し、そこにコンソール(console)10が取り付けられる。モータ軸はウォーム11として形成された延長部を有し、その自由端は、コンソールに成形されたジャーナル軸受12に埋め込まれる。
【0021】
スピンドル4の後端で、ウォームホイール(worm wheel)13はウォーム11と嵌合される。このウォームホイール13は片側に筒形要素14を持ち、その上にコイルばね15が載ってスピンドルのセルフロック能力(self−locking ability)を高めている。この点については、Linakの欧州特許公開第0662573号を参照されたい。この後方に、所定の位置に保持されてスピンドルの端をリベット頭状に形作る玉軸受16が設けられる。
【0022】
玉軸受16は、2つの半部品8a、8bから成るリアマウント8の凹部17に包封される。そのリアマウント8は、アクチュエータが組み込まれる構造体にアクチュエータを固定するために、開口部(eye)18、或いはそれに代えて二股取付具を有する。コイルばねの一端は半径方向に外向きに曲げられ、金属インサート19内に保持され、それは再びリアマウントの2つの半部品8a、8bの間の分割線の位置で凹部20a、20bに固定される。
【0023】
リアマウントは円形部21を有し、この円形部はコンソールの管形部分22に収容される。円形部21は4つのボス23を有し、それらはコンソールの壁の対応する切欠き部に係合する。リアマウントは、開口部18を回転させるべき方向に応じて回転させた上で、係止させることができる。
【0024】
コンソール10の端に外方フランジ25があり、ボス23には、外方フランジと脚との間に間隙26ができるように半径方向に伸張する脚23aがある。ハウジング1を組み立てるときに、リアマウント8は、内方フランジ27が間隙26内に挟まり、それによってリアマウントが長手方向に錠止されて固定される。そのリアマウントはさらに、リアマウントのレッジ(ledge)の側壁28に対接するハウジングの端によって、所定の位置に保持される。このレッジには溝29があり、密封のために、そこにOリング30が配置される。組立時に、ハウジングの開口縁部がOリングに押し当てられて密封される。
【0025】
作動ロッド6は、ピッチの細かいねじ付きスピンドルナット5が後端を固定された管から成る。これにより、構造体に対する開口部32の最適配置のために、作動ロッドは細かく調整することができる。ロッドの前端は、密嵌プラスチックプラグ31により閉止される。ロッドは開口部32によって、アクチュエータが組み込まれる構造体に取り付けられる。開口部32は、ロッドの中空空間内に隆起するリムの穴の支承面33によって規定される。
【0026】
外管7は、非円形断面を有する押出アルミニウム管から成る。外管の先端には、作動ロッド6用の円形穴を有する端蓋34が挿入される。外管の後端は、コンソール10の前端の密嵌部分35に収容される。この密嵌部分は前部に外方フランジ36を有し、後部に段37を有する。外管7は平坦な上面38を有し、収容部分は対応する長手方向の切欠き部39を有する。
【0027】
クランプ40は密嵌部分35に押しつけることができ、このクランプは切欠き部39を覆い、その脚は前記密嵌部分35の側部の周りを掴持する。クランプ40は、外方フランジ36と段37の側面との間に長手方向に定位置に保持される。クランプ40は、スナップロック方式、すなわち前記密嵌部分35の側壁の内向きの縁42と協働する下端の内方突起縁41によって、係止される。クランプ40の頂部には2つのタップ43があり、それらは、クランプ40を定位置に押し込んだときに、外管38の上面にある対応する穴44内に導入される。このクランプ40は収容部分を係止するので、外管7は側方および長手方向の両方に固定される。この固定は同時に外管7を長手方向に位置決めする。
【0028】
外管7の内側には、スピンドルナット5の回転を防止するための4つの溝45がある。ナット5はカラーに4つの対応する外方カム46を有しており、それが溝45に嵌合するからである。外管7には、長状のプリント基板48を挿入するために、相互に対向して配置された2つの溝47がある。このプリント基板48は両端に信号スイッチ49を有し、それらはスイッチに関連する位置に取り付けられたばねアーム50によって作動する。スピンドルナット5が端位置に達すると、当該スピンドルナットがばねアームをスイッチに押し当て、次いでスイッチが作動し、制御装置を介してモータを停止させる。この目的のために、ナット5は2つの反対方向を向いた斜切面59を有している。外管7の後端には、外管7の溝45に嵌合する突起を有するプラグ51があり、そのプラグは、外管7の端に対接する円形フランジ52で終端する。フランジ52には、半径方向に伸張するタップ53があり、それはプリント基板48の端の対応する切欠きに嵌合し、当該プリント基板を長手方向に固定する。それによってアクチュエータの端位置が決定される。
【0029】
ウォームホイール13の前部に管状部分54を有し、それが端部プラグ51の穴内に入る。端部プラグ51は、ウォームホイール13の軸およびスピンドル4の端をも支持して安定化する。
【0030】
密封に関し、Oリング55が外管7の周囲に配置される。Oリングは、外管7の挿入用のハウジング1の開口部の縁、外管7の外面、およびコンソール10のフランジ36の外面によって画定される溝内に配置される。
【0031】
アクチュエータの組立は、概ね既に述べたとおりである。最後のステップは、スピンドル4の軸を貫通する面でかつモータ軸に垂直に分割された2つの部品1a、1bから成るハウジングの組立である。部品1aはモータを受容するカップ状部分と、コンソールの半部分の1つを受容する椀状部分とを有する。また、4つの直立ピンは、雄接続部56付きの小さいプリント基板55を保持する。プリント基板55から電源のリードがモータ、およびターミナル信号スイッチからの信号リード用の接続部まで延びる。椀状でありかつコンソールの他の部分を収納するハウジングの他の部品1bには、雄接続部56に通じる穴57がある。この穴57はシールリングが付いた雌コネクタを受容するように設計される。接続ケーブルのひずみ解放のため、当該接続ケーブルはハウジング部品1bに配置されたクランプ58を介して導かれる。
【0032】
以下で、図面の図9および10を参照しながら、クイック解除機能を有するアクチュエータの実施形態について説明する。
【0033】
クイック解除機能は2つのクラッチ部品70、71を含み、1つの部品70はスピンドルに永久的に取り付けられ、他の部品71はウォーム歯車のウォームホイール13‘に固定される。より正確には、アクチュエータの前端側を向くウォームホイールの側部は円筒部で構成され、その上にいらか段付き(corbie−step)のブシュが固定される。スピンドル4上のクラッチ部品70には、このいらか段上に着座する椀(bowl)が構成される。2つの部品70、71の周りにクラッチばね72が取り付けられ、そのクラッチばねはウォームホイールの側部とクラッチ部品71のカラーとの間に置かれる。通常の動作中、ばね72が2つのクラッチ部品70、71を一つに結合するので、スピンドル4はウォームホイールを介してモータ2に接続される。
【0034】
クラッチばね72の周りには、外歯付きで設計された2つの円筒形要素73、74がある。クラッチばねの両端72は半径方向に外向きに曲げられ、分離された要素、すなわち切欠き82、83に埋め込まれる(図11参照)。切欠き82は要素74まで通じる。
【0035】
Y字形解除具75は、2つの円筒形要素73、74の上に配置されており、Y字形解除具75の一方の脚が一方の要素73に対向し、他方の脚76が他方の要素74に対向する。脚の上部直線部分は滑らかであるが、下方直線部分は要素73、74の歯と嵌合する歯を有している。
【0036】
Y字形解除具75の首部77は、ハウジングに固定されたスリーブ78で制御される。首部77には、脚の下方歯付き部81が2つの円筒形要素73、74と係合しなくなるパーキング位置(parking position)まで解除装置がばね負荷されるように、スリーブ78の開口内のショルダと解除具の上部との間にばね79が介装されている。首部の上端には、図示しない操作用把手に接続されたケーブル80が固定される。
【0037】
把手を引くと、図10に示すように、解除具が引き上げられ、脚の下方歯付き部81がそれぞれの円筒形要素73、74と係合し、それら円筒形要素は相互に反対に回転される。ばねの両端は相互に、一方は時計回り方向に、他方は反時計周り方向に引かれる。この結果、ばねは拡張する。すなわち、ばねの内径が増加し、2つのクラッチ部品71、72が解除される。次いでスピンドル4が解除され、自由に回転することができる。作動ロッド6が負荷状態にある場合、かつそれが伸張位置にある場合には、負荷がスピンドルの自己錠止能力を克服することができるかによって、それは内向きに押される。図10では解除具はその動作位置に図示され、図11ではその非動作位置に図示されている。図10では、断面図であるため、解除具の1本の脚だけが示されている。
【0038】
図12に示すように、アクチュエータは、制御電子回路および電源装置を含む制御ボックス60を装備することができ、61は主電源ケーブルを示す。制御ボックスの長辺部は外管7の片側を受容しかつ収容するための凹面62を備える。端部63もまた凹面であり、モータを収納しているハウジングの円筒部の片側を受容しかつ収容する。ハウジングのこの側には、L字形断面を有する2本の平行なリブ64があり、ハウジングの端部における対応する溝と結合する。制御ボックスは、リブ64が溝と接続するように、箱の端をアクチュエータのハウジングに沿って、長辺部が外管の周りを掴持するまで、案内することによって取り付けられる。最終的に制御ボックスは、U字形クランプ65により外管7に錠止され、当該U字形クランプは外管7に側方に案内されて、クランプの脚66に設けた挟みロック要素が制御ボックスの上下両側と結合する。クランプの脚の両端は、ハウジングの上側および下側に設けられた凹部90に嵌合される。アクチュエータからのケーブル67は、制御ボックスの受け口68の1つと接続され、他のアクチュエータおよびハンドセットは他のソケットに接続することができる。
【0039】
このように、本発明によれば、より低い生産コストの可能性をもたらすリニアアクチュエータが提供され、同時にアクチュエータは高品質、強度、ならびに付属品および取付具に関して融通性(フロントおよびリアマウント)を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
アクチュエータの斜視図である。
【図2】
線A−Aに沿って切ったアクチュエータの縦断面図である。
【図3】
アクチュエータ後端の分解組立図である。
【図4】
ハウジングの一方の部品の斜視図である。
【図5】
ハウジングの他方の部品の斜視図である。
【図6】
外管固定具の断面図である。
【図7】
外管の前端の斜視図である。
【図8】
端信号スイッチの斜視図である。
【図9】
クイック解除機能を装備したアクチュエータの実施形態部分の縦断面図である。
【図10】
図9の実施形態の断面図である。
【図11】
クイック解除機能用の解除装置の斜視図である。
【図12】
制御ボックスを備えたアクチュエータの斜視図である。
Claims (14)
- 少なくとも2つの部品(1a、1b)から成るハウジング(1)と、モータ軸およびモータハウジングを有する可逆電気モータ(2)と、ウォームホイール(13)およびウォーム(11)を含み、当該ウォームがモータ軸内にまたはその延長として構成されたウォーム駆動機構と、前記ウォームの自由端の着座用の軸受(12)を有するモータハウジング上のコンソール(10)と、前記ウォームホイール(13)に接続されたスピンドル(4)と、当該スピンドル(4)の取付用の軸受(16)と、前記スピンドル上に回転しないように固定されたスピンドルナット(5)と、前記スピンドルを包囲する外管(7)と、当該外管に入れ子式に配設され前記スピンドルナットに接続された作動ロッド(6)と、を備えるリニアアクチュエータであって、当該アクチュエータが組み込まれるべき構造体に装着するために前記作動ロッドの外端に設けられた取付具(33)と、前記作動ロッドとは反対側になる前記アクチュエータの他端で前記構造体に装着するためのリアマウント(8)と、をさらに備える構成において、前記モータハウジング上の前記コンソール(10)が、前記外管(7)、前記スピンドル軸受(16)、および前記リアマウント(8)用の固定手段をさらに有し、かつ当該固定手段がそれらにかかる力を吸収することができるように構成されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 前記ハウジングが2部品(1a、1b)に分割され、前記スピンドル(4)の長手軸によって画定されかつ前記モータ軸に対して垂直な分割面、または実質的にそのような分割面を有することを特徴とする、請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記ハウジング(1)が前記モータ(2)を収容する円筒部を備えていることを特徴とする、請求項1または2に記載のアクチュエータ。
- 前記ハウジング(1)が溶接、好ましくは超音波溶接によって組み立てられることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
- 前記コンソール(10)が前記外管(7)を受容するための開口(35)を有することを特徴とする、請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記外管(7)が当該外管(7)の開口(44)内で少なくとも1つの内向きに突出するタップ(43)によって長手方向に固定されることを特徴とする、請求項5に記載のアクチュエータ。
- 前記タップ(43)が収容開口を有する部分(35)の上に載るクランプ(40)に設けられ、前記クランプおよび前記部分が対応するスナップロック(41、42)を有することを特徴とする、請求項6に記載のアクチュエータ。
- 前記リアマウント(8)が前記コンソールとは別個の部品として形成され、前記軸受(16)を受容することを特徴とする、請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記リアマウントが前記軸受を受容する凹部(17)を有する2つの部品(8a、8b)に分割されることを特徴とする、請求項8に記載のアクチュエータ。
- 前記リアマウント(8)が前記コンソールの対応する円筒形開口(22)内に受容される円筒部(21)を有し、リアマウントを所望に従って回転させることができるようにするとともに、前記リアマウントが前記コンソールの切欠き(24)に嵌合する少なくとも1つの突起(23)を有することを特徴とする、請求項8または9に記載のアクチュエータ。
- 前記作動ロッド(6)の自由端には、支承面(33)を有する開口部(32)が設けられており、当該開口部は、前記ロッドの中空空間内に隆起したリムを備えていることを特徴とする、請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記アクチュエータ内部の受け口(56)に関連して前記ハウジング(57)に形成される穴を特徴とする、請求項1に記載のアクチュエータ。
- 外向きに曲げられた端を有するクラッチばね(72)によって包囲された2つの円筒形クラッチ部品(70、71)を備えたクイック解除装置を有し、前記端が対応する円筒形要素(73、74)と接続され、通常の状況下でクラッチの回転行わせるように着座し、解除具(75)付き前記2つの円筒形要素(73、74)は、完全または部分的なクラッチからの解除のためにばね(72)がクラッチ部品(70、71)の少なくとも1つから解除されるように、それらを相互回転させて前記ばねの端を相互に遠ざけるように回転させることができるように取り付けられ、前記2つの円形要素(73、74)は外歯を有し、前記解除具(75)は対応する歯を有し、それらを噛み合わせることができ、それによって前記要素(73、74)を相対回転させることができることを特徴とする、請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記モータ(2)上に存在するハウジング部と前記外管(7)との間の角度内で固定されるように設計された制御ボックス(60)を装備し、前記ハウジングに面する前記制御ボックスの端(63)が当該ハウジングに対応する形状を有し、かつハウジング上のリブ(69)でここに固定することができ、前記リブが制御ボックス(60)の対応する溝に受容され、クランプ(65)により前記制御ボックスが前記外管(7)に固定することができることを特徴とする、請求項1に記載のアクチュエータ。
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