JP2008089003A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】長いストロークが得られ大荷重に耐えるリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】水平に昇降する下側取付板１１と上側取付板１２とに下側ねじ軸１５、１５と上側ねじ軸１６、１６を固定し、下側取付板１１と上側取付板１２間に配置した昇降台２０に左右の従動ハウジング４０、４０を据え付け、両従動ハウジング４０に下側ねじ軸１５に螺合した下側ナット４５を回転させる下側回転軸４１と、上側ねじ軸１６に螺合した上側ナット５５を回転させる上側回転軸５１とを設け、下側回転軸４１は左捩れウオーム３７に噛合したウオームホイール４６に固定し、上側回転軸５１は右捩れウオーム３８に噛合したウオームホイール５６に固定する。左捩れウオーム３７と右捩れウオーム３８とは同一のウオーム軸３６に形成し、左右のウオーム軸３６、３６は連動軸３５で同一のモータ３１により正逆回転させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、リニアアクチュエータに関し、特に、電動送りねじ式リニア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上下させたり、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。

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、電動送りねじ式リニアアクチュエータによってベッドの寝床を上下させたり、背部や膝部の寝床を傾斜させたりすることが実施されている。
医療・介護用ベッドにおいては、高さが低い方がベッドから下り易く、また、ベッドから落下した際に負傷する危惧がない。他面、高さが高い方が診察や介護等を施し易い。
したがって、医療・介護用ベッドに使用されるリニアアクチュエータは、ストロークが長い方が有利である。

ストロークを長くした従来のリニアアクチュエータとしては、同じリニアガイドウェイに沿ってそれぞれラックを有する一対のブロックが設けられているとともに、両ブロックのラックはリニアガイドウェイの中間部に軸支された同一のピニオンギアに噛合されており、両ブロックがピニオンギアの回転によって互いに反対向きに直線運動することにより、全体としてのストロークが長くなるように構成されているものがある。
例えば、特許文献１参照。
特開２００５−６９３８８号公報

しかしながら、前記したリニアアクチュエータにおいては、ストロークは長くなるが、最短長さと最長長さとの比が思ったより大きくできないという問題点がある。

本発明の目的は、短い取り付け長さにもかかわらず、長いストロークを創出することができるリニアアクチュエータを提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）互いに反対向きに移動自在な一対の移動体と、この一対の移動体にそれぞれ回転自在に支承された一対の回転軸と、この一対の回転軸を回転させる一つの駆動装置と、前記各回転軸の回転によって前記両移動体を互いに反対向きに移動させる一対の送りねじ軸装置とを備えており、
前記一対の送りねじ軸装置は、同一のウオーム軸にそれぞれ形成された左捩れウオームおよび右捩れウオームと、これら左捩れウオームおよび右捩れウオームにそれぞれ噛合した一対のウオームホイールとを備えており、この一対のウオームホイールには前記一対の回転軸がそれぞれ連動されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
（２）前記一対の送りねじ軸装置および前記一対の回転軸が、２組設けられていることを特徴とする前記（１）に記載のリニアアクチュエータ。
（３）前記一対の移動体の四隅にガイドが配置されていることを特徴とする前記（１）または（２）に記載のリニアアクチュエータ。

前記した手段によれば、一対の移動体が送りねじ軸装置によって互いに反対向きに移動されるように構成されているために、長いストロークを創出することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

図１に示されているように、本実施の形態に係るリニアアクチュエータ１０は、医療・介護用ベッド（以下、ベッドという。）の寝床を水平に昇降させるためのものとして構成されている。
すなわち、図１に示されているように、２台のリニアアクチュエータ１０、１０がベッド１の頭側と足側とにそれぞれ設置されている。
リニアアクチュエータ１０は互いに反対向きに移動自在な一対の移動体としての下側取付板１１と上側取付板１２とを備えており、リニアアクチュエータ１０の固定端側である下側取付板１１がベッド１のフレーム２に固定され、リニアアクチュエータ１０の自由端側である上側取付板１２が寝床（以下、寝床という。）３に連結されている。
図１（ａ）に示されているように、リニアアクチュエータ１０が短縮した状態で、寝床３は下限位置に水平に下降されている。
図１（ｂ）に示されているように、リニアアクチュエータ１０が伸長すると、寝床３は水平に上昇される。
また、一対のリニアアクチュエータ１０、１０を個々に動かすことにより、寝床３を斜めにすることもできる。

図２〜図４に示されているように、リニアアクチュエータ１０の下側取付板１１と上側取付板１２とはいずれも、長方形の略平板形状に形成されており、互いに対向して水平に配置されている。
下側取付板１１の後側端辺の左右両端部には、一対の下側ガイド１３、１３がそれぞれ垂直に立脚されて固定されている。
上側取付板１２の前側端辺の左右両端部には、一対の上側ガイド１４、１４がそれぞれ垂直に垂下されて固定されている。
下側取付板１１の後側端辺の左右両端部付近には、一対の下側ねじ軸１５、１５がそれぞれ垂直に立脚されて固定されている。
両下側ねじ軸１５、１５の外周には雄ねじ部１５ａが形成されている。
上側取付板１２の前側端辺の左右両端部付近には、一対の上側ねじ軸１６、１６がそれぞれ垂直に垂下されて固定されている。
両上側ねじ軸１６、１６の外周には雄ねじ部１６ａが形成されている。

下側取付板１１と上側取付板１２との間には昇降台２０が配設されている。
昇降台２０は上下対称形に形成された底板２１と天板２２と、底板２１と天板２２とを連結する一対の支柱２３、２３とを備えており、底板２１と天板２２と一対の支柱２３、２３とは正面視で長方形の枠形状に組まれて固定されている。すなわち、底板２１と天板２２とは間隔を置いて垂直に配置された両支柱２３、２３の上下両端間に水平に架橋されて固定されている。

底板２１の左右の下側ガイド１３、１３に対応する位置には左右のガイド筒２５、２５がそれぞれ設けられており、左右のガイド筒２５、２５には左右の下側ガイド１３、１３が上下方向に摺動自在に挿通されている。
天板２２の左右の上側ガイド１４、１４に対応する位置には左右のガイド筒２６、２６がそれぞれ設けられており、左右のガイド筒２６、２６には左右の上側ガイド１４、１４が上下方向に摺動自在に挿通されている。

昇降台２０の底板２１の中央部には原動ハウジング３０が据え付けられている。
原動ハウジング３０の右側面にはモータ３１が水平に設置されており、モータ３１の回転軸３２は原動ハウジング３０内に挿入されている。原動ハウジング３０内において、回転軸３２の中間部には原動歯車３３が固定されており、原動歯車３３には従動歯車３４が噛合されている。
原動ハウジング３０の従動歯車３４が配置された部位には、連動軸３５が水平に軸架されて回転自在に支承されており、連動軸３５には従動歯車３４が固定されている。

昇降台２０の原動ハウジング３０の左右両脇には、一対の従動ハウジング４０、４０が左右対称形に据え付けられている。左右の従動ハウジング４０、４０は断面が大略８字形（図３参照）の円筒形状にそれぞれ形成されている。
左右の従動ハウジング４０、４０の内部の構成は同一であるので、一方の従動ハウジング４０の内部の構成を図４（ｂ）を参照にして説明する。

従動ハウジング４０における下側ねじ軸１５の延長線上には、円筒形状に形成された下側回転軸４１が配置されており、下側回転軸４１は中間部に配置された転がり軸受４２と、下端部に配置された滑り軸受４３とによって回転自在に支承されている。
下側回転軸４１の下端部内周には下側ナット４５が嵌入されて一体回転するように固定されており、下側ナット４５は下側ねじ軸１５に進退可能に螺合されている。
下側回転軸４１の外周における転がり軸受４２の上側の隣接位置には、下側ウオームホイール４６が嵌合されて、一体回転するように固定されている。
従動ハウジング４０における上側ねじ軸１６の延長線上には、円筒形状に形成された上側回転軸５１が配置されており、上側回転軸５１は中間部に配置された転がり軸受５２と、上端部に配置された滑り軸受５３とによって回転自在に支承されている。
上側回転軸５１の上端部内周には上側ナット５５が嵌入されて一体回転するように固定されており、上側ナット５５は上側ねじ軸１６に進退可能に螺合されている。
上側回転軸５１の外周における転がり軸受５２の下側の隣接位置には、上側ウオームホイール５６が嵌合されて、一体回転するように固定されている。

図３に示されているように、従動ハウジング４０の連動軸３５の延長線上には、ウオーム軸３６が水平に軸架されて回転自在に支承されており、ウオーム軸３６は連動軸３５に一体回転するように結合されている。
ウオーム軸３６には左捩れウオーム３７と右捩れウオーム３８とがそれぞれ形成されており、左捩れウオーム３７と右捩れウオーム３８とには下側ウオームホイール４６と上側ウオームホイール５６とがそれぞれ噛合されている。
すなわち、モータ３１、ウオーム軸３６、左捩れウオーム３７、右捩れウオーム３８、下側ウオームホイール４６および上側ウオームホイール５６は、下側回転軸４１と上側回転軸５１とを同時に正逆回転させる一つの駆動装置を構成している。
そして、下側回転軸４１と一体回転する下側ナット４５、上側回転軸５１と一体回転する上側ナット５５、下側ねじ軸１５および上側ねじ軸１６は、両回転軸４１、５１の回転によって下側取付板１１と上側取付板１２とを互いに反対向きに移動させる上下で一対の送りねじ軸装置を構成している。

次に、作用および効果を説明する。

図１に示されているように、２台のリニアアクチュエータ１０、１０がベッド１の頭側と足側とにそれぞれ水平に配置され、両方のリニアアクチュエータ１０、１０の下側取付板１１がベッド１のフレーム２にそれぞれ据え付けられ、上側取付板１２が寝床３側にそれぞれ連結される。

リニアアクチュエータ１０がベッド１に組み付けられた後に、操作者が寝床３を上昇させるように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３１が正方向回転に運転すると、モータ３１の駆動力が連動軸３５によって左右のウオーム軸３６、３６に同期して伝達される。
各ウオーム軸３６において、下側ウオームホイール４６と上側ウオームホイール５６とは左捩れウオーム３７と右捩れウオーム３８とにそれぞれ噛合していることにより、下側ウオームホイール４６に固定された下側回転軸４１と、上側ウオームホイール５６に固定された上側回転軸５１とは互いに反対方向に同時に回転するために、下側回転軸４１に固定された下側ナット４５と、上側回転軸５１に固定された上側ナット５５とは、互いに反対方向に同時に回転する。

下側ナット４５と上側ナット５５とが互いに反対方向に同時に回転すると、下側ナット４５および上側ナット５５は下側ねじ軸１５および上側ねじ軸１６にそれぞれ上下方向に進退自在に螺合されているために、下側ナット４５は下側ねじ軸１５の雄ねじ部１５ａによって相対的に上昇し、上側ナット５５は上側ねじ軸１６の雄ねじ部１６ａによって相対的に下降する。
下側ナット４５が下側ねじ軸１５に対して上昇するとともに、上側ナット５５が上側ねじ軸１６に対して下降すると、図５に示されているように、下側取付板１１と上側取付板１２との間隔が開いて行く。
この際、左右のウオーム軸３６、３６は同期回転しているので、昇降台２０が左右に傾くことはない。
また、下側取付板１１および上側取付板１２は左右の下側ガイド１３、１３および左右の上側ガイド１４、１４によって案内されているので、昇降台２０は横（水平）方向にずれることはなく、スムーズに移動する。
そして、下側取付板１１はベッド１のフレーム２に固定され、上側取付板１２はベッド１の寝床３に連結されているために、図１（ｂ）に示されているように、寝床３は上昇して行く。

ここで、この際の寝床３の上昇ストロークは下側ナット４５の上昇ストロークと、上側ナット５５の下降ストロークとの和であるので、本実施の形態に係るリニアアクチュエータ１０が寝床３を上昇させ得る最大ストロークは、下側ねじ軸１５の有効長さと上側ねじ軸１６の有効長さとの和となる。
すなわち、本実施の形態に係るリニアアクチュエータ１０の最大ストロークは、一本のねじ軸を備えた通常のリニアアクチュエータの最大ストロークの二倍になる。
また、モータ３１が昇降台２０内において下側ねじ軸１５と上側ねじ軸１６との略中央部に配置されていることにより、通常のリニアアクチュエータのようにモータ３１がリニアアクチュエータの全長に含まれないため、同一の最大ストロークに設定した場合には、本実施の形態に係るリニアアクチュエータ１０の短縮時の全高は、一本のねじ軸を備えた通常のリニアアクチュエータの全高の半分以下になる。
例えば、通常のリニアアクチュエータと比較すると、１／２、１／４となる。

モータ３１の運転が停止されると、ベッド１の寝床３の荷重（患者の体重等）が下側ねじ軸１５および上側ねじ軸１６に下側ナット４５および上側ナット５５を逆方向に回転させる力として作用する状態になるために、下側ナット４５が固定された下側回転軸４１および上側ナット５５が固定された上側回転軸５１には、所謂負荷側逆回転作用力が作用する状態になる。
本実施の形態においては、下側回転軸４１および上側回転軸５１は、同一のウオーム軸３６の左捩れウオーム３７および右捩れウオーム３８にそれぞれ噛合した下側ウオームホイール４６および上側ウオームホイール５６にそれぞれ固定されているために、下側回転軸４１および上側回転軸５１が負荷側逆回転作用力によって逆回転されるのを確実に防止することができる。
なぜならば、左捩れウオーム３７、右捩れウオーム３８、下側ナット４６および上側ナット５６のリード角や摩擦係数と負荷側逆回転作用力とのバランスを適宜に設定することにより、セルフロック力を大きい値に設定することができるからである。
したがって、リニアアクチュエータ１０は寝床３の荷重を持ち上げたままの状態で支持することができる。

その後、操作者が寝床３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３１が逆方向回転に運転すると、モータ３１の駆動力がモータ３１の駆動力が連動軸３５によって左右のウオーム軸３６、３６に同期して伝達される。
各ウオーム軸３６において、下側ウオームホイール４６と上側ウオームホイール５６とは左捩れウオーム３７と右捩れウオーム３８とにそれぞれ噛合していることにより、下側ウオームホイール４６に固定された下側回転軸４１と、上側ウオームホイール５６に固定された上側回転軸５１とは互いに反対方向に同時に回転するために、下側回転軸４１に固定された下側ナット４５と、上側回転軸５１に固定された上側ナット５５とは、互いに反対方向に同時に回転する。

下側ナット４５と上側ナット５５とが互いに反対方向に同時に回転すると、下側ナット４５および上側ナット５５は下側ねじ軸１５および上側ねじ軸１６にそれぞれ上下方向に進退自在に螺合されているために、下側ナット４５は下側ねじ軸１５の雄ねじ部１５ａによって相対的に下降し、上側ナット５５は上側ねじ軸１６の雄ねじ部１６ａによって相対的に上昇する。
下側ナット４５が下側ねじ軸１５に対して下降するとともに、上側ナット５５が上側ねじ軸１６に対して上昇すると、図２に示されているように、下側取付板１１と上側取付板１２との間隔が閉じて行く。
そして、下側取付板１１はベッド１のフレーム２に固定され、上側取付板１２はベッド１の寝床３に連結されているために、図１（ａ）に示されているように、寝床３は下降して行く。

モータ３１の運転が停止されると、寝床３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。
なお、寝床３が下降した状態で、前述した負荷側逆回転力が下側回転軸４１および上側回転軸５１に加わったとしても、下側回転軸４１および上側回転軸５１の逆回転は前述した作用によって防止されることになる。

本実施の形態によれば、次のような効果を得ることができる。

1) 相対的に昇降自在な下側取付板および上側取付板と、下側取付板および上側取付板にそれぞれ回転自在に支承された一対の回転軸と、この両回転軸を回転させるためのモータと、両回転軸の回転によって下側取付板および上側取付板を相対的に昇降させる上下で一対の送りねじ軸装置を設けることにより、リニアアクチュエータの最大ストロークを一対の回転軸の有効長さの和に設定することができるので、通常のリニアアクチュエータの最大ストロークの二倍に延長することができ、他方、同一の最大ストロークに設定した場合には、リニアアクチュエータの短縮時の全高を通常のリニアアクチュエータの全高の半分以下に縮小することができる。

2) 前記1)により、本実施の形態に係るリニアアクチュエータを医療・介護用ベッドを使用した場合には、医療・介護用ベッドの初期高さを低く設定することができるので、患者がベッドから下り易くなり、また、両方の踵が床に着くので、背の低い人でも立ち上がり易くなる。

3) 他方、本実施の形態に係るリニアアクチュエータの最大ストロークによれば、診療時や介護時の医療・介護用ベッドの高さを充分に確保することができるので、医師や介護者は診察や介護等を施し易くなる。

4) ウオームおよびウオームホイールによって一対の回転軸をそれぞれ回転させるように構成することにより、モータから回転軸に伝達する回転の減速比を大きく設定することができるので、両回転軸に大きな駆動力を伝達することができるとともに、大きな負荷側逆回転力が加わる場合であっても、ウオームのリード角と摩擦係数とをバランスよく選定することにより、逆回転されるのを防止することができる。

5) 左捩れウオームと右捩れウオームとによって一対の回転軸を互いに反対方向に回転させるように構成して、下側ねじ軸と上側ねじ軸とを互いに反対方向に昇降させるように構成することにより、一対の回転軸および下側ねじ軸と上側ねじ軸とを互いに離間させて配置することができるので、各構成要素の設計の自由度を高めることができる。

6) 左捩れウオームと右捩れウオームとを有するウオーム軸、一対の回転軸および下側ねじ軸と上側ねじ軸等を備えた一対の従動ハウジングを昇降台内に設置するとともに、一対の従動ハウジングのウオーム軸を連動軸によって同期回転させるように構成することにより、一対の従動ハウジングの下側ねじ軸と上側ねじ軸とを同期して昇降させることができるので、昇降台が傾くの防止することができる。

7) 昇降台、下側取付板および上側取付板の前後左右の４箇所に下側ガイドおよび上側ガイドを配置することにより、昇降台が横（水平）方向にずれるのを防止することができるので、上側取付板をスムーズに昇降させることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、左捩れウオームと右捩れウオームとを有するウオーム軸、一対の回転軸および下側ねじ軸と上側ねじ軸等を備えた従動ハウジングは、昇降台内に一対設置するに限らず、１または３以上設置してもよい。

前記実施の形態においては、リニア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ついて説明したが、本発明に係るアクチュエータはこれに限らず、自動車電装品等の用途にも適用することができる。

本発明の一実施の形態であるリニア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側面図であり、（ａ）は下降状態を示しており、（ｂ）は上昇状態を示している。 本発明の一実施の形態であるリニアアクチュエータを示す下降状態の一部切断正面図である。 その平面断面図である。 （ａ）は図３のａ−ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図３のｂ−ｂ線に沿う断面図である。 本発明の一実施の形態であるリニアアクチュエータを示す下降状態の一部切断正面図である。

符号の説明

１…ベッド（医療・介護用ベッド）、２…フレーム、３…寝床、
１０…リニアアクチュエータ、１１…下側取付板（移動体）、１２…上側取付板（移動体）、１３…下側ガイド、１４…上側ガイド、１５…下側ねじ軸、１５ａ…雄ねじ部、１６…上側ねじ軸、１６ａ…雄ねじ部、
２０…昇降台、２１…底板、２２…天板、２３…支柱、２５…ガイド筒、２６…ガイド筒、
３０…原動ハウジング、３１…モータ、３２…回転軸、３３…原動歯車、３４…従動歯車、３５…連動軸、３６…ウオーム軸、３７…左捩れウオーム、３８…右捩れウオーム、 ４０…従動ハウジング、４１…下側回転軸、４２…転がり軸受、４３…滑り軸受、４５…下側ナット、４６…下側ウオームホイール、
５１…上側回転軸、５２…転がり軸受、５３…滑り軸受、５５…上側ナット、５６…上側ウオームホイール。

Claims (3)

1. 互いに反対向きに移動自在な一対の移動体と、この一対の移動体にそれぞれ回転自在に支承された一対の回転軸と、この一対の回転軸を回転させる一つの駆動装置と、前記各回転軸の回転によって前記両移動体を互いに反対向きに移動させる一対の送りねじ軸装置とを備えており、
   前記一対の送りねじ軸装置は、同一のウオーム軸にそれぞれ形成された左捩れウオームおよび右捩れウオームと、これら左捩れウオームおよび右捩れウオームにそれぞれ噛合した一対のウオームホイールとを備えており、この一対のウオームホイールには前記一対の回転軸がそれぞれ連動されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記一対の送りねじ軸装置および前記一対の回転軸が、２組設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
3. 前記一対の移動体の四隅にガイドが配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアアクチュエータ。

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