JP2006233995A

JP2006233995A - 電動アクチュエータ

Info

Publication number: JP2006233995A
Application number: JP2005045364A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kayama; 哲生香山
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】ブレーキ容量を小さくしても逆回転力に対して安定した保持トルクを確保し、しかも駆動伝達効率が良く小型化が図れる電動アクチュエータを提供する。
【解決手段】モータ軸６から減速機構１３を介してモータ軸６と平行に設けられる出力軸１４を回転駆動し、当該出力軸１４の回転運動を直動運動へ変換して軸方向に推力を発生させる電動アクチュエータであって、モータ軸６にワンウェイクラッチ９を内蔵するブレーキ機構を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば介護用ベッド、車椅子、トイレなどの駆動部に設けられ、電動機による回転駆動を軸方向の推力に変換する電動アクチュエータに関する。

例えば、病院や介護施設などに設けられる介護用ベッドには、患者の負担を軽減したり介護者の負担を軽減したりすべく電動アクチュエータが設けられる。具体的には、電動機による回転駆動を軸方向の推力に変換することによって、リンク機構を介してリクライニングや高さ調節などが行えるようになっている。具体的には、電動アクチュエータは、モータから減速機を介して出力軸（ねじ軸）を回転駆動し、当該出力軸（ねじ軸）の正逆回転駆動を負荷側へ連結する移動体（ナット）の軸方向への進退動へ変換するようになっている。

電動アクチュエータには、駆動伝達機構（減速機構）がセルフロックせず、負荷側から大きな力や振動が作用して逆回転力を受けた場合に適正なブレーキ力が作用する必要がある。このため、出力軸（ねじ軸）のリード角や減速機構に設けられるギヤピッチ（進み角）を大きくすることでセルフロックを防ぎ、出力軸にワンウェイクラッチとブレーキディスクを設けて、負荷側から逆回転トルクが作用したときに出力軸にブレーキ力が作用するようにしていた。
或いは、モータから出力軸へ駆動伝達する減速機構にウオーム減速機構を用いモータ軸の軸端にブレーキ装置を設けることで、出力軸の短縮化やワンウェイクラッチを省略したアクチュエータも提案されている（特許文献１参照）。
特開２０００−２９１７６８号公報

上述した電動アクチュエータにおいては、出力軸にブレーキ装置を設けるとすれば容量の大きなブレーキ装置が必要になりアクチュエータの小型化が困難になる。また、出力軸が受ける逆回転トルクをブレーキ装置が直接受けるので、摩耗等によりブレーキ力は変動し易いため保持トルクが安定しない。
また、ブレーキ容量を小さく抑えるため、減速機構に使用するウオームギヤに比較的進み角の小さいギヤを用いるとすれば、駆動伝達効率が低下する。特に、モータ軸と出力軸との間にウオーム減速機構を設けた場合には、リードねじとナット間の駆動効率低下に加えてウオームギヤの噛み合いが存在するため駆動伝達効率が著しく低下してしまう。
また、ウオーム減速機構を用いると、モータ軸と出力軸に交叉する回転軸にウオームホイールやウオームギヤが設けられるため、減速機構のギヤ列の厚みが増して設置空間に占めるアクチュエータの容積が大きくなる。特に、電動アクチュエータを複数に並べて設置する場合や、高さに余裕がない場合など設置スペースに制約がある場合には、使い難いという課題もある。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、ブレーキ容量を小さくしても逆回転力に対して安定した保持トルクを確保し、しかも駆動伝達効率が良く小型化が図れる電動アクチュエータを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
モータのモータ軸から減速機構を介してモータ軸と平行に設けられる出力軸を回転駆動し、当該出力軸の回転運動を直動運動へ変換して軸方向に推力を発生させる電動アクチュエータにおいて、モータ軸にワンウェイクラッチを内蔵するブレーキ機構を設けたことを特徴とする。
具体的には、ブレーキ機構は、モータ軸にワンウェイクラッチとブレーキディスクが同軸状に設けられ、該ブレーキディスクに当接するブレーキパッドが設けられることを特徴とする。
また、減速機構は、出力軸に設けられる出力ギヤとモータ軸に設けられるモータギヤと各々噛み合う平行歯車列を介して駆動伝達することを特徴とする。
また、出力軸にはリードねじと該リードねじに嵌合するナットを備え、リードねじの正逆回転運動をナットの軸方向への直動運動に変換して推力を作用させることを特徴とする。

上述した電動アクチュエータを用いれば、モータ軸にワンウェイクラッチを内蔵するブレーキ機構を設けたので、モータを起動して例えばモータ軸が正回転するとワンウェイクラッチが遮断されモータ軸から減速機構を通じて出力軸へ駆動伝達され、出力軸側から減速機構を介してモータ軸が逆回転されようとしてもワンウェイクラッチが接続してブレーキ機構においてブレーキ力が作用する。
よって、モータが正回転時はワンウェイクラッチが解除されているため、ブレーキトルクの影響がなくモータ負荷を軽減できる。一方、モータが逆回転時はワンウェイクラッチが接続されているためブレーキ機構にブレーキ力が作用し、保持トルクが作用する。
また、減速機構は、出力ギヤとモータギヤと各々噛み合う平行歯車列を介して駆動伝達することにより駆動伝達効率が良いうえに、出力軸側からモータ軸側に作用する逆回転トルクを減速比に応じて低減することができ、ブレーキ機構のブレーキ容量を低減して小型化を図ることができ、逆回転力に対しても安定した保持トルクを確保できる。
また、リードねじの正逆回転運動を軸方向への直動運動に変換して推力を作用させるためのリードねじ及びナットのリード角を比較的大きなセルフロックしない仕様とすることにより駆動伝達効率の向上を図っても、モータ軸に設けられるブレーキ容量の大きなブレーキ機構は不要になる。
従って、モータ駆動時の駆動伝達効率が上昇するため、モータを小型化し電源容量を低減し、あわせてブレーキ機構の小型化を図ることができる。

以下、本発明に係る電動アクチュエータの最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。電動アクチュエータとしては、例えば介護用ベッドのリクライニングや昇降用の駆動部に設けられる。

先ず、図１を参照して、電動アクチュエータの概略構成について説明する。
モータ１は、例えばインナーロータ型のＤＣブラシ付モータが用いられる。モータケース２内にステータ３、センサー基板４などが設けられる。モータケース２内には、ステータ３に囲まれた空間部にロータ５が回転可能に設けられる。ロータ５は回転軸（モータ軸）６を中心にしてマグネットが設けられている。モータ軸６は、モータケース２にベアリング７、８を介して回転可能に支持されている。

モータ軸６には、ワンウェイクラッチ９を内蔵するブレーキ機構が設けられている。即ち、モータ軸６にはワンウェイクラッチ９とブレーキディスク１０が同軸状に設けられている。また、モータ軸６にはブレーキディスク１０に当接してブレーキパッド（摩擦板）１１が一体に設けられている。モータ軸６が回転するとブレーキディスク１０とブレーキパッド１１は摺動するようになっている。また、モータ軸６の端部（図１の右端）にはモータギヤ１２が形成されており、後述する減速機構１３に連繋している。モータ軸６は減速機構１３を介して出力軸１４と連繋している。

減速機構１３は、モータギヤ１２と出力ギヤ１８と各々噛み合う平行歯車列を介して駆動伝達する。具体的には、減速機構１３には中間軸１５がモータ軸６及び出力軸１４と互いに平行に設けられている。この中間軸１５には、径の異なる第１の伝達ギヤ１６、第２の伝達ギヤ１７が平行に設けられている。モータ軸６に設けられたモータギヤ１２は、第１の伝達ギヤ１６と噛み合っている。また、第２の伝達ギヤ１７は、出力軸１４に設けられた出力ギヤ１８と噛み合っている。減速機構１３が、ギヤケース１９内に設けられている。モータケース２はギヤケース１９と一体に組み付けられている。

また、出力軸１４は、ギヤケース１９に設けられたベアリング２０、２１によって回転可能に支持されている。出力軸１４には出力ギヤ１８と反端側に、リードねじ２２が設けられている。このリードねじ２２のリード角はセルフロックしないこと及び駆動伝達効率を考慮して比較的大きく設計されている。リードねじ２２は、モータケース２に一体に組み付けられる筒状のチューブケース２３内に収納されている。リードねじ（雄ねじ）２２にはナット（雌ねじ）２４がねじ嵌合している。ナット２４には、図示しないリンク機構に接続する金属管２５が一体に嵌め込まれている。リードねじ２２の正逆回転運動をナット２４の軸方向への直動運動に変換して金属管２５に軸方向に推力を発生させるようになっている。金属管２５は、チューブケース２３にガイドされて進退動するようになっている。尚、中間軸１５の軸端部には工具嵌合用の凹部２６が形成された手動操作部２７が一体に取り付けられている。

モータ１を起動してモータ軸６が正転すると、モータ軸６から減速機構１３を通じて出力軸１４へ駆動伝達される。このとき、ブレーキディスク１０とモータ軸６は空転しブレーキ力は作用しない。リードねじ２２の回転によりナット２４と共に金属管２５は例えばチューブケース２３より突出する向きに移動する。また、負荷側から図示しないリンク機構を介して金属管２５へチューブケース２３内に押し込まれる向きに推力が作用すると、ナット２４が逆回転しようとし出力軸１４、減速機構１３を通じてモータ軸６へ逆回転トルクが作用する。このとき、ワンウェイクラッチ９が接続してモータ軸６とブレーキディスク１０とが接続され、当該ブレーキディスク１０とブレーキパッド１１との摩擦力により安定した保持トルクが得られるので、モータ軸６が回転することはない。

上記構成によれば、リードねじ２２及びナット２４のリード角を比較的大きなセルフロックしない仕様とすることにより駆動伝達効率の向上を図っても、逆回転力に対して安定した保持トルクを確保できる。減速機構１３は、出力ギヤ１８とモータギヤ６と各々噛み合う平行歯車列を介して駆動伝達することにより駆動伝達効率が良いうえに、出力軸側からモータ軸側に作用する逆回転トルクを減速比に応じて低減することができ、モータ軸６に設けられるブレーキ機構のブレーキ容量を低減して小型化を図ることができる。

本実施例の電動アクチュエータの用途は、介護用ベッドの駆動部を例示したが、これに限定されるものではなく、他の装置、例えば電動車椅子や電動トイレ装置などの駆動部に適用しても良い。また、モータ軸６に設けられるブレーキ機構は、減速機構１３側の近傍であっても、モータ１の近傍であってもいずれでも良い。また、モータとしてはインナーロータ型のＤＣブラシ付モータに限らず、例えばＤＣブラシレスモータなどの他の電動モータを用いることも可能である。

電動アクチュエータの断面説明図である。

符号の説明

１モータ
２モータケース
３ステータ
４センサー基板
５ロータ
６モータ軸
７、８、２０、２１ベアリング
９ワンウェイクラッチ
１０ブレーキディスク
１１ブレーキパッド
１２モータギヤ
１３減速機構
１４出力軸
１５中間軸
１６第１の伝達ギヤ
１７第２の伝達ギヤ
１８出力ギヤ
１９ギヤケース
２２リードねじ
２３チューブケース
２４ナット
２５金属管
２６凹部
２７手動操作部

Claims

モータのモータ軸から減速機構を介してモータ軸と平行に設けられる出力軸を回転駆動し、当該出力軸の回転運動を直動運動へ変換して軸方向に推力を発生させる電動アクチュエータにおいて、
モータ軸にワンウェイクラッチを内蔵するブレーキ機構を設けたことを特徴とする電動アクチュエータ。
ブレーキ機構は、モータ軸にワンウェイクラッチとブレーキディスクが同軸状に設けられ、該ブレーキディスクに当接するブレーキパッドが設けられることを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
減速機構は、出力軸に設けられる出力ギヤとモータ軸に設けられるモータギヤと各々噛み合う平行歯車列を介して駆動伝達することを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
出力軸にはリードねじと該リードねじに嵌合するナットを備え、リードねじの正逆回転運動をナットの軸方向への直動運動に変換して推力を作用させることを特徴とする請求項１記載の請求項１記載の電動アクチュエータ。