JP2011515062A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構造を有し、部品数が少なく、ほとんど荷重に依存せず、スムーズな動作過程を有する緊急降下機構を備えるアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータは、伝動機構（８）を介してスピンドル（９）を回転させる可逆電気モータ（７）を含む。スピンドルにはスピンドルナット（１０）が設けられており、スピンドルナットには駆動ロッド（１１）が連結されている。前記駆動ロッドの前端には前部マウント（１６）が装着されている。駆動ロッドと前部マウントとの間には緊急降下機構（１４）が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、請求項１のプリアンブル(preamble)に開示されたタイプのアクチュエータに関する。Lynakによる国際公開第2007/025550号は、請求項１の導入部を構成するものである。

手短に言うと、リニアアクチュエータは、可逆電気モータによって伝動機構を介して駆動されるスピンドルを備える。スピンドルにはナットが設けられており、ナットには駆動ロッドが固定されている。スピンドルナットは回転不能に取付けられている。従って、スピンドルナットは、モータの回転方向に応じて、スピンドルに対して内方又は外方に移動する。このスピンドルナットの動きに伴い、駆動ロッドが伸縮する。

アクチュエータが組み込まれる装置によっては、アクチュエータに瞬時解放機能または緊急降下機能を装備してもよい。瞬時解放機能は、典型的には病院又は介護用のベッドのアクチュエータに用いられ、ベッドの瞬時調整を行えるようにするためのものである。これによれば、例えば、患者が心臓発作を引き起こした場合や昏睡状態に陥った場合に、瞬時にベッドの背もたれ部を降下させることができる。緊急降下機能すなわち手動操作機能は、典型的には患者用昇降装置に内蔵されるアクチュエータに用いられ、停電の際にも患者を降下させることができるようにするためのものである。この場合、限られた時間内で患者をどれだけ緩やかに降下させることができるかが問題となる。

本発明は、緊急降下に関するものである。従来の緊急降下機構の例としては、Rudolf Weinerによる独国特許出願公開19647556号明細書に開示されているものがある。この緊急降下機構では、ピンを引き抜くと駆動ロッドが解放され、その際に、駆動ロッドを把持して手動で内側に回転させることができる。また、Trioteam A/Sによるデンマーク特許公開第130460号明細書に開示された構成においては、駆動ロッドはスプリットブッシュ(split bushing)によって保持されており、このスプリットブッシュは、操作ハンドレバーを用いて緩めることができる。また、Okinによる独国特許出願公開第19950689号明細書には、２つの歯付き連結部品を備えた構成が開示されている。これらの連結部品は、ばね付勢によって互いに噛み合っている。この構成においては、クラッチを解放することによって、駆動ロッドを手動で内側に回転させることができる。Likoによる欧州特許第0789665号明細書には、プレストレスを与えられた摩擦板を備える構成が開示されている。この構成においては、通常運転中は摩擦により駆動ロッドの回転が防止される一方で、外部トルクを与えると、すなわち、ブッシュを回転させると、この摩擦力に打ち勝って駆動ロッドがねじ戻されるようになっている。SKFによる欧州特許出願公開第1457710号明細書には、噛合いクラッチを備える構成が開示されている。この噛合いクラッチは、周囲にコイルばねが巻かれており、ブレーキとして機能する。操作ハンドルを所定の角度まで回転させると、この噛合いクラッチは解放される。すると、取付け部品にかかる荷重によって、スピンドルナット及びこのナットに連結された駆動ロッドが、非自動ロック式のスピンドルに対して内方にねじ込まれる。すると、噛合いクラッチは収縮状態のばねに再び係合し、駆動ロッドのさらなる移動を制動する。荷重体を降下させるためには、噛合いクラッチをこのように繰り返し操作しなければならない。この構成の動作形態は、スピンドル及びナットが非自動ロック式であることを条件としており、この構成は自動ロック式のスピンドルと共に作用するものではない。また、荷重によって駆動ロッドが押し込まれる構成なので、荷重がかからない状態では機能しない。

荷重は常に駆動ロッドにかかっており、任意の位置に荷重体を保持するためには、スピンドル及びナット自体が自動ロック式のものでなければならないことは明らかである。もし非自動ロック式スピンドルを用いるのであれば、ギア及びモータが十分な自動ロック機能を備えるか、あるいはアクチュエータがブレーキを備えている必要がある。こうしたことによって、緊急降下機構が作動した場合には、荷重体から得られる力が緊急降下機構を伝わり、駆動ロッドを押し込む動作に寄与する。

最後に、Linakによる国際公開第2007/025550号は、コイルばねを備えた構造を開示している。このコイルばねは、複数の巻き線部を有するクラッチばねであり、これらの巻き線部は、前部マウントに連結された円筒部にきつく巻き付けられている。このばねの一端は、駆動ロッドに連結されたもう一方の円筒部に固定されている。これら２つの円筒部の間には玉軸受けが設けられている。この構造は、ブッシュとして構成された操作ハンドルを用いて作動させられる。このブッシュ内には、前方マウントに連結された円筒部に対向する、前記ばねの上端が固定されている。

従来の緊急降下機構は、いずれも荷重に大きく依存しており、且つ、摩擦による影響を受けやすいという問題点がある。摩擦は、作動中に静止摩擦から動摩擦に変化し、且つ、温度、摩耗、及び潤滑等に依存する。従って、降下速度を制御出来ない状態になったり、降下に必要なトルクが大きくなりすぎて操作が困難あるいは不可能になったりする可能性がある。

国際公開第2007/025550号 独国特許出願公開第19647556号明細書 デンマーク特許公開第130460号明細書 独国特許出願公開第19950689号明細書 欧州特許第0789665号明細書 欧州特許出願公開第1457710号明細書

本発明は、Linakの国際公開第2007/025550号の構成に由来するものであり、より簡易な構成で且つ部品数が少ないという特徴を有する。

本発明の目的は、従来の構造の問題点を解消することができる緊急降下機構を提供することである。すなわち、本発明の目的は、単純な構造を有し、部品数が少なく、ほとんど荷重に依存せず、スムーズな動作過程を有する緊急降下機構を提供することである。

本発明によれば、クレーム１に記載したようにアクチュエータを構成することによって上記目的は達成される。すなわち、この構成においては、コイルばねは、駆動ロッドに連結された円筒部に複数の巻き線部が巻き付けられた状態で配置されている。これにより、緊急降下機構は、円滑な動作を行うことができる。この動作は、円滑で、適切に制御でき、全体にわたり負荷に依存しないものである。操作ハンドルを回すスピードが速いほど、駆動ロッドはスピンドルナット上で高速で内方にねじこまれ、これに応じて荷重体が降下させられる。操作ハンドルを回転させると、コイルばねにトルクがかかる。その結果、ばねの上部は、駆動ロッドに連結された円筒部をちょうど解放する程度まで広がる。ただし、ばねは、操作ハンドルを少し回しただけで緩まるような高いばね定数を有している必要がある。ばねの内側に位置する円筒部の直径も、影響を及ぼす要素である。他のすべての条件が等しい場合、円筒部の直径を大きくすると、ホールディングトルク(holding torque)が大きく減少する。従って、円筒部の直径は大きすぎないことが望ましい。操作ハンドルを片手で握ることができる程度の大きさが適切であるということが分かっている。また、正しい動作のためには、ばねの複数の巻き線部は疎に配置されており、互いに対して軸方向のプレストレスがかかっていないことが重要であるということも分かっている。このように、ばねは自己調整式となっており、常にそれ自体が保持力を維持しようとする。駆動ロッドに連結された方の円筒部には多くの巻き線部がきつく巻き付けられているので、コイルばねがこの円筒部を解放することはない。より確実にコイルばねがこの円筒部を解放しないようにするために、コイルばねの端部をこの円筒部に固定してもよい。すなわち、コイルばねの端部を折り曲げ、この折曲端部を円筒部に形成された凹部内に保持させるようにしてもよい。ばねは非常に硬質であるので、操作ハンドルを操作することによって駆動ロッドも回転させることができる。これは、駆動ロッドが前部マウントから解放され、且つ、この緊急降下機構の２つの円筒部の間には運動円滑化ベアリング(smooth-running bearing)が設けられているからである。手動による操作の間、駆動ロッドは、ばねを介して連結された操作ハンドルによって常に制御される。

本発明に基づく実施形態を、添付図面を参照して以下に詳細に述べる。

患者用昇降装置を横から見た図である。 リニアアクチュエータの縦断面図である。 緊急降下機構の縦断面図である。 コイルばねとブレーキトルクとの関係を表す曲線を示す。 緊急降下機構の他の実施形態を示す縦断面図である。

図１に示す患者用昇降装置は、駆動輪を備えたフレーム１を含む。このフレーム１には、水平軸周りに枢動可能なカンチレバー２の一端が装着されている。カンチレバーの他端には、患者を昇降させるための昇降フック３が装着されている。カンチレバー２は、リニアアクチュエータ４によって昇降させられる。リニアアクチュエータの一端はフレームに装着されており、他端はカンチレバー２に装着されている。フレーム１にはコントロールボックス５が取付けられている。コントロールボックスは、制御装置と、アクチュエータ４の作動用の充電式電池とを含む。

図２から明らかなように、アクチュエータ４の主要部品は可逆電気モータ７を含むハウジング６によって構成される。可逆モータは、伝動機構８、具体的にはウォーム駆動機構及び傘歯車機構、を介して、スピンドルナット１０を備えたスピンドル９を駆動する。スピンドルナット１０には、ハウジング６の管状部（外管）１２に入れ子式に挿入された駆動ロッド１１（内管）が固定されている。アクチュエータの後端を装着するために、ハウジング６には後部マウント１３が取付けられている。

駆動ロッド１１の一端には、緊急降下機構１４が装着されている。図３に示すように、この緊急降下機構は第１円筒部１５を含む。第１円筒部は、アクチュエータの前端を装着するためのマウント部材１６を備える。緊急降下機構１４は、さらに別の円筒部１７を有し、この円筒部を介して駆動ロッド１１の端部に装着されている。これら２つの円筒部１５及び１７の間には、スライドベアリング１８が設けられおり、このスライドベアリングは円筒部１５に対して回転不能に装着されている。スライドベアリング１８を滑らかな平面上で回転させるために、スライドベアリング１８と円筒部１７との間にはスチールディスク１９が設けられている。２つの円筒部１５及び１７は、ボルト２０によって互いに対して軸方向に保持されている。このボルトは、これら２つの円筒部が分離するのを防ぐためだけのものである。これら２つの円筒部１５及び１７に加えて、ブッシュ２１の形態をとる操作ハンドルが設けられている。ブッシュ２１は、内側部２３及び外側部２２を含む。外側部２２は操作ハンドルとして設計されている。ブッシュ２１は端部壁２４を有し、穴を利用してマウント部材１６上に装着されており、且つ円筒部１５の上側に回転可能に取付けられている。円筒部１５及び１７の周囲には、プレストレスを与えられたコイルばね２５が設けられている。このコイルばねの一端２６は外側に曲げられ、ブッシュ２１内の縦長のガイド部２７内に保持されている。コイルばねの他端２８は内側に曲げられ、円筒部１７の凹部２９内に保持されている。ブッシュ２１の内側部２３は、足部３１を備える３つの弾性脚部３０を有する。足部３１は円筒部１７の下部に係合しており、これによりブッシュが保持されている。

停電の際には、患者用昇降装置のカンチレバー２を緊急降下機構によって手動で降下させることができる。操作ハンドルすなわちブッシュ２１を時計回りに回転させると、ばねの端部２６が同様に時計回りに回転する。これにより、ばねの直径がわずかに広がり、その結果、円筒部１５から外れる。ばねの下端は円筒部１７に常に固定されている。このようにして、マウント１６を備える円筒部１５が駆動ロッド１１の一端の円筒部１７から解放されるため、円筒部１７はブッシュ２１と共に回転し、これによりスピンドルナット１０がスピンドル９に対して内方にねじ込まれる。その結果、駆動ロッド１２が内方に後退し、カンチレバー２が初期位置まで降下する。ブッシュ２１を離すと、ばね２５の上部が即座に円筒部１５に結合する。

ばね２５の上部においては５つの巻き線部が円筒部１５に巻き付けられているのに対して、この約２倍の数の巻き線部がもう一方の円筒部１７に巻き付けられている。このような構成によって、ばねが円筒部１７を決して解放しないようにすることができる。従って、この円筒部は常にばねを介してブッシュの動きによって制御される。

コイルばねに関連して発生する力を示すため、ばねの巻き数に対するブレーキトルクの大きさを示す曲線を図４示す。この曲線は、Euler-Eytelweinの公式に基づいて計算されたものである。この図からわかるように、ブレーキトルクは指数関数に従うので、ばねを僅かに回転させただけでブレーキトルクは劇的に減少する。最初の巻き線部を緩めるだけで、すなわちここでは巻き数を７1/2から６1/2程度にするだけで、ブレーキトルクは１６．０Ｎｍから８．５Ｎｍまで減少する。つまり、ばねをほとんど回すことなく、前部マウント上の円筒部をばねから解放することができるので、駆動ロッドは最初から操作ハンドルの操作に伴って動く。

図５は、緊急降下機構の他の実施形態を示している。本実施形態は、スラストベアリング３２を用いているという点のみが、図３に示した実施形態と異なっている。これによれば、他の条件がすべて同じ場合、スライドベアリングを用いた時よりも摩擦が少ない。なお、この図において、図３に示したものと同じ部材については、同じ符号を用いて示す。

Claims (10)

1. 伝動機構（８）を介してスピンドル（９）を長軸周りに回転させる可逆電気モータ（７）を含むアクチュエータであって、前記スピンドルにはスピンドルナット（１０）が設けられており、前記スピンドルナットには駆動ロッド（１１）の後端が連結されており、前記駆動ロッドの前端には前部マウント（１６）が装着されており、前記前部マウント及び後部マウント（１３）は、当該アクチュエータが組み込まれる構造体の可動部と固定部との間に当該アクチュエータを取付けるためのものであり、前記駆動ロッドと前記前部マウントとの間には緊急降下機構（１４）が設けられており、
   前記緊急降下機構は、
   ａ）前記前部マウント（１６）に連結された第１円筒部（１５）と、
   ｂ）前記駆動ロッド（１１）に連結された第２円筒部（１７）と、
   ｃ）前記前部マウント（１６）に連結された前記円筒部（１５）の周りにきつく巻きつけられた複数の巻き線部、及び、前記駆動ロッド（１１）に連結された前記第２円筒部（１７）に固定された端部（２８）、を有し、クラッチばねとして機能するコイルばね（２５）と、
   ｄ）前記ばね（２５）における、前記前部マウント（１６）に連結された前記円筒部（１５）の外側に位置する他端（２６）が固定され、且つブッシュとして構成された操作ハンドル（２１）と、
   ｅ）前記２つの円筒部（１５，１７）の間に位置するベアリング（１８）と、を含み、
   前記２つの円筒部（１５，１７）は、操作ハンドル（２１）によってコイルばね（２５）を解放することによって相対回転可能となり、
   複数の巻き線部を有する前記コイルばね（２５）は、前記駆動ロッド（１１）に連結された円筒部（１７）の周りにきつく巻き付けられていることを特徴とする、アクチュエータ。
2. 前記ベアリング（１８）は低摩擦のスライドベアリングである、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記スライドベアリング（１８）と前記円筒部（１７）の上面との間には、前記スライドベアリングに滑らかな面を提供するためのスチールディスク（１９）が設けられている、請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記ばねの複数の巻き線部間は疎である、請求項１に記載のアクチュエータ。
5. 前記コイルばね（２５）において、前記駆動ロッド（１１）に連結された円筒部（１７）に巻かれた巻き線の数が、前記前部マウント（１６）に連結された円筒部（１５）に巻かれた巻き線の数よりも多い、請求項１に記載のアクチュエータ。
6. 前記ブッシュ（２１）は、外方に曲げられた前記ばね（２５）の端部（２６）を受容するための長手方向に延びるガイド部（２７）を有する、請求項１に記載のアクチュエータ。
7. 前記駆動ロッド（１１）に連結された前記円筒部（１７）は、内方に曲げられた前記ばね（２５）の端部（２８）を受容するための長手方向に延びる凹部（２９）を有する、請求項１に記載のアクチュエータ。
8. 前記ブッシュ（２１）は、接続手段を備えた外側円筒部及び内側円筒部（２２，２３）を含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
9. 前記接続手段は前記内側円筒部（２３）に設けられた弾性脚部（３０）によって構成されており、前記弾性脚部（３０）は、前記円筒部（１７）の縁部に設けられた凹部とそれぞれ協働してスナップ係合により円筒部（１７）に係合する足部（３１）を有する、請求項９に記載のアクチュエータ。
10. 前記ベアリングはスラストベアリング（３２）である、請求項１に記載のアクチュエータ。

Images