JP2014029190A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータ長を増加させることなく、ピストンと樹脂ナットとの間を容易かつ確実に固定し得るピストン固定構造を提供する。
【解決手段】リニアアクチュエータ１は、ウオーム３６及びウオームホイール４１を介してモータによって正逆回転されるシャフト２６と、シャフト２６に螺合装着されたスクリューナット２９と、スクリューナット２９に固定されシャフト２６の回転に伴って進退するピストンチューブ１０とを有する。ピストンチューブ１０とスクリューナット２９はスクリューナットアダプタ３０によって接続される。アダプタ３０には、アダプタ３０とスクリューナット２９とを接続する第１接続部８５と、アダプタ３０とピストンチューブ１０とを接続する第２接続部８６と、アダプタ３０と支持パイプ２３とを接続する第３接続部８７が設けられている。
【選択図】図６

Description

本発明は、直線的な駆動形態を有するリニアアクチュエータに関し、特に、電動モータを用いた送りねじ式のリニアアクチュエータに関する。

医療・介護の分野では、患者や要介護者の寝食等の負担を軽減するため、ベッドの背ボトムや膝ボトムを傾斜・昇降可能に構成した電動式ベッドが広く使用されている。このような電動式ベッドでは、小型で大きな駆動力が得られることから、電動送りねじ式のリニアアクチュエータが用いられている。例えば、特許文献１には、電動モータの回転をウオーム・ウオームホイールにて減速しつつ駆動シャフトに伝達し、その回転をボールねじ機構を用いて直線運動に変換してピストンを伸縮させる図８のようなリニアアクチュエータが記載されている。特許文献１のリニアアクチュエータは、ベッドの背ボトムのリクライニングに使用され、ベッドのリンク機構に接続される。そして、アクチュエータ１０１のピストン１０２が伸びると、リンク機構が広がり、ベッドの背ボトムが起き上がって傾斜状態となる（図１（ｂ）参照）。また、ピストンが縮むと、リンク機構が畳まれ、背ボトムが水平位置に倒されてベッドが平面状態となる（図１（ａ）参照）。

一方、図８のようなリニアアクチュエータ１０１では、ピストン１０２とボールねじ機構１０３の合成樹脂製スクリューナット１０４（以下、樹脂ナット１０４と略記する）は、平行ピン１０５とねじ１０６によって固定されている。この場合、ピストン１０２の内周側には、ねじ部１０７が形成されている。これに対し、樹脂ナット１０４の外周部にもねじ部１０８が形成されており、樹脂ナット１０４は、ピストン１０２の図中左端部からピストン内にねじ込まれる。樹脂ナット１０４は、その段部１０９がピストン１０２の端部に当接する位置までねじ込まれる。

また、ピストン１０２の端部には切欠部１１１が、また、樹脂ナット１０４の端面にはピン孔１１２がそれぞれ形成されている。樹脂ナット１０４の段部１０９がピストン１０２の端部に当接すると、切欠部１１１とピン孔１１２が対向するようになっている。両者が対向した状態で、ピン孔１１２から平行ピン１０５が挿入される。これにより、ピストン１０２と樹脂ナット１０４が回り止めされた状態となる。そして、平行ピン１０５の抜け止めのため、ピン孔１１２には、タッピングスクリュー等のねじ１０６がねじ込まれる。

特開2007-187279号公報

ところが、ピストン１０２と樹脂ナット１０４を前述のような形態で固定するため、リニアアクチュエータ１０１では、樹脂ナット１０４をピストン１０２にねじ込んだ状態で立て、上方から平行ピン１０５の挿入とねじ１０６のねじ締めを行う必要がある。リニアアクチュエータ１０１を組み付けるに際しては、ピストン１０２を横に寝かせた状態で組み付け作業が進められる。しかしながら、前述のように、ピストン・ナット固定工程ではピストン１０２を立てる必要があり、当該工程は、一旦ピストンを立て、加工後、再度ピストン横に寝かせる作業となる。つまり、全工程中、当該工程のみピストンを立てて作業を行うこととなり、作業性が悪く、生産性の低下の一因ともなっている。また、平行ピン１０５やねじ１０６は小さな部品であり、それを小さなピン孔１１２に挿入する作業は煩雑であり、この点においても作業性低下の要因となっていた。

また、従来、樹脂ナット１０４と合成樹脂製の支持パイプ１１３の間の回り止めは、樹脂ナット１０４の外周に凹部を設け、これと支持パイプ１１３に設けた凸部とを嵌合させることによって行っていた。ところが、リニアアクチュエータには、小型・軽量化の要請が常に存在しており、アクチュエータ長を短縮する場合、樹脂ナット１０４の凹部長さを短くするという対応が必要となる場合があった。しかしながら、樹脂ナット１０４の凹部は摺動部でもあり、これを短くすると部材が磨耗し易くなる。また、樹脂ナット１０４−ピストン１０２間の倒れ量も大きくなり、リニアアクチュエータ本体に対しピストン１０２が斜め（くの字）になってしまい、耐荷重が低下するおそれがあるという問題があった。

さらに、リニアアクチュエータ１０１では、ウオームホイール１１４と樹脂ナット１０４の間には、ねじ１０６の頭とウオームホイール１１４側の部材との干渉を避けるため、クリアランス１１５が設けられている。このクリアランス１１５は、干渉防止という機能的な意義があり、これを簡単には廃止することはできない。一方、前述のように、リニアアクチュエータには小型・軽量化の要請が常にあり、上記構造の中でアクチュエータ全体の長さを短くするには、アクチュエータのストローク（ピストンの移動距離）を短くする、という方向を選択せざるを得なくなる。しかしながら、前述のように、アクチュエータはベッドのリンク機構に接続されており、ピストンのストロークが短くなると、リンク機構が広がりきらなくなる。このため、このようなアクチュエータでは、ベッドを完全に起き上がらせることができず、アクチュエータとしての機能を十分に発揮できなくなってしまう、という問題が生じる。

本発明の目的は、アクチュエータ長を増加させることなく、ピストンと樹脂ナットとの間を容易かつ確実に固定し得るピストン固定構造を提供することことにある。

本発明のリニアアクチュエータは、雄ねじ部を有するシャフトと、該シャフトにモータの回転を減速して伝達するウオーム及びウオームホイールと、前記ウオーム及びウオームホイールを収容するハウジングと、前記雄ねじ部に螺合して前記シャフトの正逆回転によって進退するスクリューナットと、該スクリューナットに固定され、前記シャフトの回転に伴って進退するピストンチューブと、を備え、前記シャフトの回転に伴い、前記ピストンチューブが前記スクリューナットと共に軸方向に移動し、該ピストンチューブが前記ハウジングに対して進退するリニアアクチュエータであって、前記ピストンチューブは、前記スクリューナットに取り付けられるスクリューナットアダプタを介して前記スクリューナットに固定され、前記スクリューナットアダプタは、該スクリューナットアダプタと前記スクリューナットとの間を回り止めする第１接続部と、該スクリューナットアダプタと前記ピストンチューブとの間を回り止めしつつ、該スクリューナットアダプタを前記ピストンチューブに対して軸方向に抜け止めする第２接続部と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、スクリューナットに回り止めされた状態で取り付けられるスクリューナットアダプタによって、ピストンチューブとスクリューナットを接続する。スクリューナットアダプタとスクリューナットとの間は第１接続部にて回り止めされ、スクリューナットアダプタとピストンチューブとの間は第２接続部にて回り止め・抜け止めされる。スクリューナットアダプタは一部品にて回り止め・抜け止め機能を備えており、ねじやピンを用いることなく、ピストンチューブとスクリューナットを回り止め固定できる。また、スクリューナットアダプタは、ピストンチューブに対し横方向から嵌め込むことができ、ピストンチューブを立たせることなく、横方向に寝かせた状態のまま、スクリューナットアダプタ一部品を取り付けるだけでピストン・ナットの固定作業を行うことができる。

前記スクリューナットアダプタに前記スクリューナットの外周部に装着されるリング部を設け、このリング部に、前記第１接続部として、前記スクリューナットの外周に突設された凸部と嵌合する凹部を、また、前記第２接続部として、前記リング部から軸方向に沿って突設された爪部と、前記爪部に形成され、前記ピストンチューブに形成された貫通孔と嵌合する突起と、を設けても良い。

また、前記リニアアクチュエータに、前記ハウジングに取り付けられ、前記ピストンチューブが収容される支持パイプをさらに設け、前記スクリューナットアダプタに、該スクリューナットアダプタと前記支持パイプとの間を回り止めしつつ、該スクリューナットアダプタを軸方向に沿って摺動自在に支持する第３接続部を設けても良い。この場合、前記リング部に、前記第３接続部として、前記支持パイプの内周部に設けられた突条部と嵌合する嵌合溝を設けても良い。さらに、前記嵌合溝と前記爪部を軸方向に沿って連続的に形成しても良い。

本発明のリニアアクチュエータによれば、電動モータを用いた送りねじ式のリニアアクチュエータにおいて、スクリューナットに取り付けられるスクリューナットアダプタを介して、ピストンチューブとスクリューナットを接続し、このスクリューナットアダプタに、スクリューナットアダプタとスクリューナットとの間を回り止めする第１接続部と、スクリューナットアダプタとピストンチューブとの間を回り止めしつつ、スクリューナットアダプタをピストンチューブに対して軸方向に抜け止めする第２接続部と、を設けたので、ねじやピンを用いることなく、スクリューナットアダプタ一部品にてピストンチューブとスクリューナットを回り止め固定できる。このため、部品点数が削減されると共に、ピストン・ナットの固定作業の効率化を図ることが可能となる。

また、スクリューナットアダプタは、ピストンチューブに対し横方向から嵌め込むことが可能なため、ピストンチューブを立たせることなく、横方向に寝かせた状態のまま、ピストン・ナットの固定作業を行うことができる。従って、ピストンを立てたり寝かしたりしつつ小さな部品を複数取り付ける従来の固定構造に比して、作業効率の向上を図ることが可能となる。

本発明の一実施例であるリニアアクチュエータの使用状態を示す説明図である。 図１のリニアアクチュエータの全体構造を示す平面図である。 図１のリニアアクチュエータの正面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図である。 スクリューナットとピストンチューブを固定する構成を示す説明図である。 スクリューナットアダプタにて、スクリューナットとピストンチューブを固定した状態を示す説明図である。 動力伝達機構の構成を示す分解斜視図である。 従来のリニアアクチュエータの構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例であるリニアアクチュエータ１の使用状態を示す説明図、図２はリニアアクチュエータ１の全体構造を示す平面図、図３は同正面図、図４は図２のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図である。本発明によるリニアアクチュエータ１は、電動モータを用いた送りねじ式のアクチュエータであり、医療・介護用ベッド２（以下、ベッド２と略記する）の背部の寝床（背ボトム３）を起立・倒伏させるための駆動源として使用される。リニアアクチュエータ１は、ベッド２のフレーム４に取り付けられ、ベッド下に配置される。

図２に示すように、リニアアクチュエータ１は、本体ハウジング５と、モータユニット６、及び、ピストンユニット７を備えた構成となっている。リニアアクチュエータ１は、図１に示すように、本体ハウジング５が固定側、ピストンユニット７が自由端側となった状態でベッド２に取り付けられる。本体ハウジング５は、クレビス８を介してフレーム４に取り付けられる。クレビス８は、アクチュエータ支持軸９（以下、支持軸９と略記する）を中心として、フレーム４に対し回転自在に取り付けられている。ピストンユニット７には、ピストンチューブ１０が出没自在に取り付けられている。ピストンチューブ１０は、背ボトム３を起立・倒伏させるためのリンク１１に接続されている。ピストンチューブ１０は、リンク接続軸１２を中心として、リンク１１に対し回転自在に取り付けられている。

図１（ａ）に示すように、ベッド２は、ピストンチューブ１０が縮んだ状態では、背ボトム３が水平に倒伏されている。一方、ピストンチューブ１０が伸びると、背ボトム３は、図１（ｂ）に示すように、背ボトム３は起立した状態となる。背ボトム３は、ピストンチューブ１０の伸長量に応じて起立傾斜角度が変化する。リニアアクチュエータ１を適宜制御することにより、背ボトム３は任意の角度にて停止・保持可能となっている。ベッドの使用者や介護者は、図示しないスイッチを操作することにより、背ボトム３を所望の角度に調整できる。

図２,３に示すように、本体ハウジング５の側面には、動力源であるモータユニット６が取り付けられている。また、本体ハウジング５の図中右端側には、ピストンユニット７が取り付けられている。さらに、本体ハウジング５の図中左端側には、クレビス８が取り付けられている。クレビス８には軸孔１３が設けられており、この軸孔１３には支持軸９が挿入される。これにより、本体ハウジング５は、フレーム４に回転自在に取り付けられる。また、ピストンチューブ１０の先端部には軸孔１４が設けられている。軸孔１４には、リンク接続軸１２が挿入される。リンク接続軸１２により、ピストンユニット７は、リンク１１に対し回転自在に取り付けられる。

本体ハウジング５は直方体状に形成されている。図３、図４、図５に示すように、本体ハウジング５は、軸方向に沿って上下に二分割されている。本体ハウジング５の上側は第１ケース１５、下側は第２ケース１６となっている。本体ハウジング５は、第１及び第２ケース１５,１６を組み合わせた構造となっている。第１及び第２ケース１５,１６は共に合成樹脂にて形成されており、ねじ１８によって締結されている。さらに、第１及び第２ケース１５,１６の円筒部には、金属製のフレームリング３７が装着されている。フレームリング３７が装着されているため、第１及び第２ケース１５,１６が分離することがない。また、クレビス８は、第１及び第２ケース１５,１６に挟み込まれる形でクレビス取付部１７に取り付けられている。クレビス８は、正方形状に形成されたフランジ部８ａを有しており、クレビス取付部１７には、このフランジ部８ａが挿入・挟持される。リニアアクチュエータ１では、フランジ部８ａの取付方向を変えることにより、軸孔１３を垂直方向・水平方向の何れにも設定でき、取付自由度の向上が図られている。

図４に示すように、本体ハウジング５内には、ピストンユニット収容部１９と機構収容部２０が設けられている。ピストンユニット収容部１９内には、ピストンユニット７の左端側が収容・固定されている。ピストンユニット７は、金属製の補強パイプ２２と、合成樹脂製の支持パイプ２３、及び、ピストンチューブ１０を有している。機構収容部２０には、モータユニット６からの回転動力をピストンチューブ１０に伝達するための動力伝達機構２１が収容されている。動力伝達機構２１は、ウオームホイール４１と、カップリング４２、クラッチケース４３、ワンウエイクラッチ４４（以下、クラッチ４４と略記する）、及び、ブレーキユニット４５を備えている。

ピストンユニット７の補強パイプ２２は円筒状に形成されている。補強パイプ２２の一端側は、第１及び第２ケース１５,１６の間に挟み込まれる形で支持・固定されている。補強パイプ２２内には、円筒形の支持パイプ２３が挿入されている。支持パイプ２３の先端部には、合成樹脂製のプラグ２４が装着されている。プラグ２４の外側には、金属製のキャップ２５が取り付けられている。支持パイプ２３内には、円筒状に形成されたピストンチューブ１０とシャフト２６が収容されている。シャフト２６の左端部には、ベアリングアダプタ２７が取り付けられている。シャフト２６は、ベアリングアダプタ２７を介して、ベアリング２８に取り付けられる。ベアリング２８は、本体ハウジング５内に取り付けられている。シャフト２６は、ベアリング２８によって、本体ハウジング５内に回転自在に支持される。シャフト２６には、ベアリングアダプタ２７の抜け止めとして、ワッシャ７２及びナット７３が取り付けられている。

シャフト２６には雄ねじ部２６ａが形成されている。この雄ねじ部２６ａにはスクリューナット２９が取り付けられている。雄ねじ部２６ａの長さは、従来のアクチュエータと同様の長さになっている。従って、リニアアクチュエータ１は、アクチュエータとしては、従来と同様の機能（背ボトム３の起立・倒伏）を発揮し得るようになっている。スクリューナット２９の内側には、雄ねじ部２６ａと螺合する雌ねじ部３３が形成されている。スクリューナット２９は、シャフト２６の雄ねじ部２６ａに、進退自在に螺合装着される。

図５に示すように、スクリューナット２９は、軸方向から装着されるスクリューナットアダプタ３０（以下、アダプタ３０と略記する）によって、ピストンチューブ１０に固定される。アダプタ３０は合成樹脂にて形成されており、同じく合成樹脂製のスクリューナット２９に回り止めされた状態で取り付けられる。アダプタ３０は、リング部３１と、リング部３１から軸方向に突出形成された爪部３２とから構成されている。リング部３１には、アダプタ３０−ピストンチューブ１０間、アダプタ３０−スクリューナット２９間、アダプタ３０−支持パイプ２３間の３つの回り止め部（アダプタ３０−ピストンチューブ１０間の抜け止め部も含む）が一体に形成されている。つまり、アダプタ３０は、アダプタ３０とピストンチューブ１０の間などの回り止めを図りつつ、抜け止めも同時に行えるようになっている。

スクリューナット２９は、フランジ部２９ａとボス部２９ｂを備えている。フランジ部２９ａの外周には凸部８１が形成されている。スクリューナット２９は、フランジ部２９ａがピストンチューブ１０の端部に当接した状態となるように、ピストンチューブ１０内に挿入される。アダプタ３０は、ピストンチューブ１０に取り付けられた状態のスクリューナット２９に軸方向から装着される。リング部３１内周には、凹部８２が形成されており、スクリューナット２９の凸部８１をこの凹部８２により第１接続部８５が形成されている。この第１接続部８５の凸部８１と凹部８２を嵌合させることにより、スクリューナット２９の図５中左端部にアダプタ３０が回り止め固定される。

爪部３２の先端には、突起３２ａが径方向内側に向けて突設されている。これに対し、ピストンチューブ１０の端部には貫通孔１０ａが形成されており、これら突起３２ａと貫通孔１０ａとにより第２接続部８６が構成されている。スクリューナット２９にアダプタ３０を装着する際には、貫通孔１０ａに突起３２ａを嵌合させ、第２接続部８６が接続される。これにより、アダプタ３０は、スクリューナット２９に回り止めされつつ、軸方向に抜け止めされる。従って、スクリューナット２９は、図６に示すように、アダプタ３０によって、ピストンチューブ１０に回り止め・抜け止めされた状態で接続される。このように、リニアアクチュエータ１では、ピストンチューブ１０とアダプタ３０との間は突起３２ａと貫通孔１０ａによって、また、スクリューナット２９とアダプタ３０との間は凸部８１と凹部８２によって、それぞれ軸方向にずれた位置で別個に固定される。

爪部３２の基部には嵌合溝３８が形成されている。嵌合溝３８は、支持パイプ２３の内周に形成され軸方向に延びる突条部８３と嵌合しており、第３接続部８７を形成している。突条部８３は、嵌合溝３８及び爪部３２の外周面３２ｂと摺接する。これにより、アダプタ３０は、支持パイプ２３内に回り止めされた状態で、軸方向に移動自在に配置される。この場合、アダプタ３０は、スクリューナット２９に回り止め固定されている。従って、スクリューナット２９は、アダプタ３０を介して支持パイプ２３内に摺動自在に保持される。

本発明のリニアアクチュエータ１では、このようなアダプタ３０によってピストンチューブ１０とスクリューナット２９を連結しているため、従来のナット固定構造と異なり、ねじやピンを用いることなく、ピストンチューブ１０とスクリューナット２９を回り止め固定できる。また、アダプタ３０は、ピストンチューブ１０に対し横方向から嵌め込むことができるため、ピストンチューブ１０を立たせることなく、横方向に寝かせた状態のままピストン・ナットの固定作業を行うことができる。さらに、アダプタ３０は一部品にて回り止め・抜け止め機能を備えているため、アダプタ３０一部品を取り付けるだけでピストン・ナットの固定作業が完了する。従って、ピストンを立てたり寝かしたりしつつ小さな部品を複数取り付ける従来の固定構造に比して、部品点数の削減や作業効率の向上を図ることが可能となる。さらに、アダプタ３０はリング状の部品のため、リング部３１を持ちながら挿入作業を行うことができ、爪部３２も弾性変形可能な構成なため、装着作業も容易であり、その点においても作業効率が改善される。

また、アダプタ３０は、スクリューナット２９と支持パイプ２３との間に軸方向に介在する部材であるため、アクチュエータ長の短縮要請に関係なく軸方向の寸法を取ることができる。さらに、アダプタ３０では、爪部３２の外周面３２ｂも突条部８３との摺接面として機能する。従って、嵌合溝３８を従来通り、あるいはそれ以上の長さに設定することも可能となり、爪部外周面３２ｂの分も含め凸部との摺接長を長く取ることができ、磨耗や耐荷重の低下といった問題も解消される。

さらに、嵌合溝３８と凹部８２が共にリング部３１に設けられているため、支持パイプ２３内の凸部によって、アダプタ３０とピストンチューブ１０の回り止め部、すなわち、凸部８１と凹部８２を径方向から押さえることができる。このため、アダプタ−ピストンチューブ間の回り止め部の浮きを抑えることができ、両者の嵌合をより確実なものとすることが可能となる。なお、アダプタ３０はリング状に形成されているため、それ自体が開いてしまい、嵌合状態が外れてしまうこともない。

加えて、本発明のリニアアクチュエータ１における固定構造は、従来の固定構造と異なり、スクリューナットの端面からネジ等が飛び出ない。このため、スクリューナット２９と動力伝達機構２１（ウオームホイール４１等）との間の距離を短くすることができ、装置全体の長さを短縮することが可能となる。従って、本発明によるリニアアクチュエータ１によれば、装置の小型化を図りつつ、ピストンストロークを従来装置と同等に維持することが可能となる。

シャフト２６の回転に伴って、スクリューナット２９とピストンチューブ１０は一体となって軸方向に移動する。ここでは、ピストンチューブ１０が伸びる（前進する）方向にシャフト２６が回転する場合を「正回転」と称する。また、ピストンチューブ１０が縮む（後退する）方向に回転する場合を「逆回転」と称する。従って、シャフト２６が正回転方向に回転するとピストンチューブ１０が伸長し、シャフト２６が逆回転方向に回転するとピストンチューブ１０が縮小する。

前述のように、本体ハウジング５の側面には、モータ３４が内蔵されたモータユニット６が取り付けられている。モータ３４の回転軸３５は、本体ハウジング５の内部に挿入されており、機構収容部２０内に延びている。回転軸３５は、第１ケース１５に設けられた２つのベアリング（図示せず）によって両持ち状態で支持されている。回転軸３５の外周にはウオーム３６が形成されている。ウオーム３６は、動力伝達機構２１のウオームホイール４１に噛合している。

図７は、動力伝達機構２１の構成を示す分解斜視図である。前述のように、動力伝達機構２１は、ウオームホイール４１と、カップリング４２、クラッチケース４３、クラッチ４４、及び、ブレーキユニット４５とから構成されている。動力伝達機構２１では、ウオーム３６からの回転入力は、ウオームホイール４１からカップリング４２を介してシャフト２６に伝達される。そして、シャフト２６が正回転するとピストンチューブ１０が押し出され、背ボトム３が起立する。このとき、動力伝達機構２１内のクラッチ４４はフリー状態（ＯＦＦ状態）となっており、ピストンチューブ１０は、ブレーキユニット４５によるブレーキ作用を伴うことなく前進する。

一方、シャフト２６が逆回転するとピストンチューブ１０が引き込まれ、背ボトム３が倒伏する。この場合は、正回転時と異なり、クラッチ４４はロック状態（ＯＮ状態）となる。すなわち、シャフト２６の回転がブレーキユニット４５内の部材に伝達され、ブレーキ作用が生じる。このため、ピストンチューブ１０は、ブレーキ作用を伴いつつ後退する。このブレーキ作用により、背ボトム３を水平側に倒す際（ピストン短縮時）、背ボトム３の自重や使用者の体重（以下、使用者の体重等と略記する）によって動きが増速してしまうのを防止できる。また、モータ３４をＯＦＦし、背ボトム３を傾斜状態で停止させたとき、使用者の体重等によって、背ボトム３が倒れてしまうことも防止できる。

図７に示すように、ウオームホイール４１は有底円筒形状に形成されている。ウオームホイール４１の一端側はカップ状に開口し、他端側には小ギヤ４６が形成されている。小ギヤ４６は、図示しないリダクションギヤ等を介して、回転検出用のポテンショセンサ（図示せず）に接続されている。ウオームホイール４１の開口端側は、円筒孔状のカップリング嵌合部４７となっている。カップリング嵌合部４７の内周部には、嵌合凹部４８が周方向に沿って複数個等分に形成されている。カップリング嵌合部４７には、金属製（例えば、鉄系焼結合金）のカップリング４２が挿入状態で取り付けられる。カップリング４２内には、クラッチケース４３とクラッチ４４が収容されている。

このように、リニアアクチュエータ１では、ウオームホイール４１の形状をカップ状とし、その内部にクラッチ４４等を収容した構成を採用している。これにより、ウオームホイール４１とクラッチ４４を軸方向に直列配置した図１０のような従来のアクチュエータに比して、装置全体の長さを短縮することが可能となる。従って、前述同様、装置の小型化を図りつつ、ピストンストロークを確保することが可能となる。

カップリング４２もまた有底円筒形状に形成されている。カップリング４２の外周部には、嵌合凸部４９が周方向に沿って複数個等分に形成されている。嵌合凸部４９と嵌合凹部４８は、軸方向に沿って挿入嵌合可能となっている、カップリング嵌合部４７にカップリング４２を取り付けると、嵌合凸部４９と嵌合凹部４８が嵌合し、カップリング４２は回り止めされた状態で、ウオームホイール４１に装着される。

カップリング４２の内周側には、ボス部５１が突出形成されている。ボス部５１には、シャフト孔５２が軸方向に貫通形成されている。シャフト孔５２の内周面には、セレーション５３が形成されている。図４に示すように、シャフト２６の左端側外周にもセレーション５４が形成されている。カップリング４２は、両セレーション５３,５４が噛合した状態でシャフト２６に取り付けられる。これにより、カップリング４２は、シャフト２６に回り止めされた状態で取り付けられ、ウオームホイール４１は、カップリング４２を介してシャフト２６と一体化される。

本発明のリニアアクチュエータ１では、このようにウオームホイール４１とシャフト２６との間に金属製のカップリング４２を内蔵配置し、カップリング４２を介して、ウオームホイールの回転力をシャフト２６に伝達する。このため、カップリング４２によってウオームホイール４１の強度を確保することができ、ウオームホイール４１の厚さ（軸方向長）を薄くすることができる。従来のアクチュエータでは、合成樹脂製のウオームホイールとシャフトをセレーション結合しているため、結合強度を確保すべく、結合部を長く取る必要がある。これに対し、本発明のリニアアクチュエータ１では、金属製のカップリング４２とシャフト２６をセレーション結合するため、従来に比して結合部の長さを短くすることができ、装置全体の長さを短縮することが可能となる。従って、装置の小型化を図りつつ、ピストンストロークも確保できる。

また、ウオームホイール４１内にカップリング４２を配することにより、ウオームホイール４１の歯部４１ａの内側が金属部材によって補強される。このため、ウオームホイール４１の外径を大きくしなくとも歯部４１ａの強度を確保でき、ウオームホイール４１の小径化が可能となり、装置の厚みを小さくすることができる。ベッド用のリニアアクチュエータは、通常、ベッド下に配置されるため、ベッドの低床化に応じて装置の薄型化も求められており、本発明のリニアアクチュエータ１によれば、このような要求にも応えることが可能となる。

さらに、従来のアクチュエータでは、全体が合成樹脂にて形成されたウオームホイールを使用しているため、軸方向長を小さくすると、シャフトとの結合強度が落ちるのみならず、ギヤ歯の噛み合いによってウオームホイールが歪み、噛み合いが浅くなってしまうおそれがある。噛み合いが浅くなると、動作時に異音が生じたり、歯部の摩耗が大きくなったりするなどの問題が生じる。この点、リニアアクチュエータ１では、内側に金属部材が配されているため、ウオームホイールが歪みにくく、ウオーム３６とウオームホイール４１との間の噛み合いも安定する。従って、動作時の異音や異常摩耗が抑えられ、ベッドの使用感向上や、アクチュエータの耐久性向上を図ることが可能となる。

カップリング４２の内筒部５５には、金属製（例えば、アルミダイカスト製）のクラッチケース４３が挿入されている。クラッチケース４３は、両端が開口した円筒形状となっている。クラッチケース４３の一端側には、フランジ状のリング部５６が拡径形成されている。リング部５６の外周には、突起部５７が径方向外側に向かって突出形成されている。突起部５７は、第１ケース１５に設けられた図示しない係止部（凹部）と係合しており、第１ケース１５に対して回り止めされた状態で配置される。クラッチケース４３の内側には、クラッチ４４の外周（外輪側）が圧入固定されている。クラッチ４４には、複数本のローラ（図示せず）を備えたワンウエイクラッチが使用され、内外輪間にて一方向の回転のみ他方に伝達する。クラッチ４４は、シャフト２６が正回転している場合はフリー状態、シャフト２６が逆回転している場合はロック状態となるよう設定されている。

クラッチ４４の内周側（内輪側）には、ブレーキユニット４５のブレーキプレートホルダ６１の円筒部６２が挿入されている。円筒部６２は、カップリング４２のボス部５１と共に、クラッチ内輪とシャフト２６との間に配された介在部材となっている。クラッチ４４は、ボス部５１と円筒部６２を介してシャフト２６上に配置される。リニアアクチュエータ１では、ボス部５１や円筒部６２の径を調整することにより、クラッチ４４のサイズを変更でき、所望のロック力に応じてクラッチ４４を選択可能となっている。

ブレーキユニット４５は、金属製のブレーキプレートホルダ６１と、合成樹脂製（例えば、ポリアミド）のブレーキプレート６３、金属製のブレーキワッシャ６４ａ,６４ｂ（２枚）とから構成されている。ブレーキワッシャ６４ａ,６４ｂの軸孔６５ａ,６５ｂには、セレーション６６が形成されている。セレーション６６は、シャフト２６のセレーション５４に噛合し、ブレーキワッシャ６４ａ,６４ｂは、シャフト２６に回り止めされた状態で取り付けられる。ブレーキワッシャ６４ａ,６４ｂは、ブレーキプレート６３の軸方向両側に、ブレーキプレート６３を挟むように配置される。

ブレーキプレートホルダ６１は、両端が開口した円筒形状となっている。ブレーキプレートホルダ６１の一端側には、フランジ部６７が形成されている。フランジ部６７には、軸方向沿って４個の凸部６８が等分に突設されている。凸部６８の間はホルダ凹部６９となっている。ホルダ凹部６９には、ブレーキプレート６３の外周に形成されたプレート凸部７０（４個）が嵌合する。この嵌合により、ブレーキプレート６３とブレーキプレートホルダ６１は一体となって回転する。ブレーキプレート６３の両端面には、凹凸形状の圧接部７１が形成されている。圧接部７１は、ブレーキワッシャ６４ａ,６４ｂと摺接可能な状態で圧接される。ブレーキワッシャ６４ａ,６４ｂと圧接部７１との間には、異種材摺接による異音防止も兼ね、グリスが塗布される。

このようなブレーキユニット４５では、シャフト２６が正回転するとき、クラッチ４４がフリー状態となるように設定されている。ブレーキユニット４５では、シャフト２６と共にブレーキワッシャ６４ａ,６４ｂが回転する。ブレーキワッシャ６４ａ,６４ｂが回転すると、圧接部７１に生じる摩擦力により、ブレーキプレート６３も連れ回りする。ブレーキプレート６３とブレーキプレートホルダ６１は、プレート凸部７０とホルダ凹部６９の嵌合により一体となって回転する。この際、ブレーキユニット４５は、シャフト正回転時にクラッチがフリーとなる設定のため、ブレーキプレートホルダ６１は、クラッチ４４内にて空転状態となる。すなわち、ブレーキプレートホルダ６１の回転はクラッチケース４３側には伝わらず、ブレーキユニット４５全体がクラッチケース４３内にて空転する。従って、シャフト２６が正回転するときは、ブレーキプレートホルダ６１とブレーキプレート６３が正回転し、それと共にブレーキワッシャ６４ａ,６４ｂやベアリング内輪２８ａも正回転するため、ブレーキユニット４５にはブレーキ作用は生じない。

これに対し、シャフト２６が逆回転すると、クラッチ４４がロック状態となる。すなわち、ブレーキプレートホルダ６１の回転がクラッチケース４３側に伝わり、クラッチケース４３が回転しようとする。ところが、前述のように、クラッチケース４３は回り止めされた状態で第１ケース１５内に配置されているため、クラッチケース４３自体は回転しない。つまり、シャフト２６の回転に対し、クラッチ４４を介して回転力が伝わるクラッチケース４３が非回転状態となる。このため、摩擦力によって結合しているブレーキプレート６３とブレーキワッシャ６４ａ,６４ｂの間にすべりが生じ、圧接部７１の摩擦力によって回転抵抗力が生じる。すなわち、シャフト２６が逆回転するときは、ブレーキプレートホルダ６１とブレーキプレート６３が非回転状態となる一方、ブレーキワッシャ６４ａ,６４ｂやベアリング内輪２８ａは逆回転する。従って、逆回転時には、圧接部７１の摩擦力により、ブレーキユニット４５にブレーキ作用（制動力）が生じる。

なお、リニアアクチュエータ１では、シャフト２６とクラッチ４４は直接結合しておらず、クラッチ４４の内側には、ブレーキプレートホルダ６１が配されている。また、ブレーキプレートホルダ６１の内側には、カップリング４２のボス部５１が配されている。さらに、カップリング４２のボス部５１の内側には、シャフト２６が配されている。一般に、ワンウエイクラッチでは、クラッチ径が大きいほどロック力が大きく、従来のアクチュエータのように、クラッチをシャフトに直接取り付けると、クラッチ径が小さくなり、ロック力が不足するおそれがある。これに対し、本発明によるリニアアクチュエータ１では、シャフト２６とクラッチ４４の間に他の介在部材が存在しているため、シャフト径に関係なく、クラッチ４４のサイズを調整することができる。従って、所望のロック力に合わせてクラッチ４４を選択することができ、設計の自由度が増大すると共に、製品信頼性の向上も図られる。

次に、本発明によるリニアアクチュエータ１の動作について説明する。リニアアクチュエータ１では、操作者が背ボトム３を起立させるべく操作ボタンを押すと、モータ３４が正回転する。モータ３４の回転は、ウオーム３６から、ウオームホイール４１、カップリング４２と伝わり、シャフト２６が正方向に回転する。シャフト２６が正回転すると、スクリューナット２９が前進し、スクリューナット２９に連結されたピストンチューブ１０が押し出されて行く。そして、ピストンチューブ１０の前進に伴い、背ボトム３は、図１（ｂ）に示すように起立状態となる。なお、正回転時には、クラッチ４４がフリー状態となるため、シャフト２６のみが正回転し、ブレーキユニット４５によるブレーキ作用は生じない。

また、シャフト２６の正回転は、小ギヤ４６から回転検出用のポテンショセンサに伝達される。ポテンショセンサは、シャフト２６の回転角度に応じた電圧値を出力し、当該ベッド２の動作を制御するコントローラ（図示せず）に送信される。コントローラは、所定の上限位置に対応するポテンショ電圧を検出すると、モータ３４を自動的に停止させる。

モータ３４が停止すると、背ボトム３の荷重（使用者の体重等）がピストンチューブ１０に作用し、スクリューナット２９にもそれを後退させる方向の力が加わる。この後退方向の力は、シャフト２６を逆回転させる力であり、シャフト２６は、背ボトム３の荷重によって逆回転される。一方、シャフト２６が逆回転すると、クラッチ４４がロック状態となり、ブレーキユニット４５にブレーキ作用が生じる。すなわち、ブレーキプレート６３に対し、ブレーキワッシャ６４ａ,６４ｂが荷重を受けたまま回転し、圧接部７１の摩擦力によって制動力が生じる。これにより、シャフト２６の逆回転が阻止され、背ボトム３は、荷重を受けた状態にて静止・保持される。

ここで、リニアアクチュエータ１では、図４,５に示すように、ベアリング２８をナット７３とブレーキワッシャ６４ａの間に配置している。また、ベアリングアダプタ２７を使用することにより、ベアリング２８には、シャフト２６のスラスト荷重をも受け得るような大きめのサイズの深溝玉軸受が使用されている。このため、本発明のリニアアクチュエータ１においては、シャフト２６に加わる軸方向の力をベアリング２８の内輪２８ａにて受けることができる。つまり、リニアアクチュエータ１では、シャフト２６に加わる軸方向の力は、シャフト２６の段部２６ｂから、カップリング４２、ブレーキワッシャ６４ｂ、ブレーキプレート６３、ブレーキワッシャ６４ａ、そして、ベアリング２８の内輪２８ａへと伝達される。このため、従来のアクチュエータで使用されていた荷重受け用のベースプレートを廃することができ、このベースプレートの厚みの分だけ、装置全体の長さを短縮することが可能となる。また、構造上、シャフト２６と共に回転するのはベアリング２８の内輪２８ａであり、外輪２８ｂは回転しない。このため、第１ケース１５とベアリング外輪２８ｂが摺動することによる異音の発生も防止できる。従来のアクチュエータでは、ベアリング外輪の回転に伴う異音発生を防止するため、ベアリング外輪と本体ハウジングの間にグリスを塗布していた。しかしながら、本案のアクチュエータでは、ベアリング２８の外輪２８ｂが回転しないため、ベアリング外輪２８ｂと本体ハウジング５の間にグリスを塗布する必要がなく、異音発生も抑えられる。

一方、操作者が背ボトム３を倒伏させるべく操作ボタンを押すと、モータ３４が逆回転する。モータ３４の回転は前述同様に伝わり、シャフト２６は逆回転する。シャフト２６が逆回転すると、スクリューナット２９が後退し、ピストンチューブ１０が引き込まれて行く。そして、ピストンチューブ１０の後退に伴い、背ボトム３は、図１（ａ）に示すように倒伏状態となる。シャフト２６の逆回転もまた、小ギヤ４６から回転検出用のポテンショセンサに伝達され、ピストンチューブ１０の位置を検出する。そして、コントローラが、所定の下限位置に対応するポテンショ電圧、又は、所定の上限位置に対応するポテンショ電圧を検出すると、モータ３４を自動的に停止させる。

このような逆回転動作の際は、クラッチ４４がロック状態となり、シャフト２６の回転はクラッチケース４３側に伝達される。前述のように、このときブレーキユニット４５では、圧接部７１に滑りが生じ、その摩擦力によって制動力が発生する。但し、この制動力は、モータ３４によるシャフト２６の駆動力よりも小さく設定されている。このため、シャフト２６は、ブレーキユニット４５による制動力を受けつつ逆回転する。そして、ピストンチューブ１０の縮小と共に、背ボトム３が倒されて行く。この際、シャフト２６には前述の制動力が働くため、使用者の体重等によって倒伏動作が増速してしまうのを防止でき、操作の安全性も確保される。

このように、リニアアクチュエータ１は、各部材間の距離（アクチュエータの構造部の長さ）を短くする構造となっており、ピストンストロークを短くすることなく、アクチュエータ全体の長さを短くすることが可能となる。従って、前述同様、装置の小型化を図りつつ、ピストンストロークを確保することが可能となる。また、各機能部品自体は小さくなっていないことから、部品強度も低下せず、アクチュエータの推力の低下もない。このため、装置の小型化を図りつつ、従来のアクチュエータと同様の機能を確保できる。さらに、装置の小型化に伴い、ベッドへの取り付けレイアウトの自由度も向上する。

本発明は前記実施例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変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、本発明のリニアアクチュエータを医療・介護用ベッドの動作部に使用した例を示したが、その適用対象はベッドには限定されず、他の医療用機器や自動車、家電製品等、作動部位を有する各種機械・装置に広く適用可能である。また、ベッド２は、リニアアクチュエータ１のピストンチューブ１０の伸長によって背ボトム３が起立するような、いわゆる押し勝手の構成には限られず、ピストンチューブ１０の短縮によって背ボトム３が起立するようないわゆる引き勝手の構成のものでも良い。さらに、前述の実施例では、リニアアクチュエータ１を背ボトム３の駆動に使用した場合について説明したが、リニアアクチュエータ１を膝ボトムの駆動に使用することも可能である。また、リニアアクチュエータ１を、ベッドボトムの高さを調整するために使用することも可能である。さらに、リニアアクチュエータ１における動力伝達機構２１の構成も前述のものには限定されない。

１ リニアアクチュエータ
２ 医療・介護用ベッド
３ 背ボトム
４ フレーム
５ 本体ハウジング
６ モータユニット
７ ピストンユニット
８ クレビス
８ａ フランジ部
９ アクチュエータ支持軸
１０ ピストンチューブ
１０ａ 貫通孔
１１ リンク
１２ リンク接続軸
１３ 軸孔
１４ 軸孔
１５ 第１ケース
１６ 第２ケース
１７ クレビス取付部
１８ ねじ
１９ ピストンユニット収容部
２０ 機構収容部
２１ 動力伝達機構
２２ 補強パイプ
２３ 支持パイプ
２４ プラグ
２５ キャップ
２６ シャフト
２６ａ 雄ねじ部
２６ｂ 段部
２７ ベアリングアダプタ
２８ ベアリング
２８ａ 内輪
２８ｂ 外輪
２９ スクリューナット
２９ａ フランジ部
２９ｂ ボス部
３０ スクリューナットアダプタ
３１ リング部
３２ 爪部
３２ａ 突起
３２ｂ 外周面
３３ 雌ねじ部
３４ モータ
３５ 回転軸
３６ ウオーム
３７ フレームリング
３８ 嵌合溝
４１ ウオームホイール
４１ａ 歯部
４２ カップリング
４３ クラッチケース
４４ ワンウエイクラッチ
４５ ブレーキユニット
４６ 小ギヤ
４７ カップリング嵌合部
４８ 嵌合凹部
４９ 嵌合凸部
５１ ボス部
５２ シャフト孔
５３ セレーション
５４ セレーション
５５ 内筒部
５６ リング部
５７ 突起部
６１ ブレーキプレートホルダ
６２ ボス部
６３ ブレーキプレート
６４ａ,６４ｂ ブレーキワッシャ
６５ａ,６５ｂ 軸孔
６６ セレーション
６７ フランジ部
６８ 凸部
６９ ホルダ凹部
７０ プレート凸部
７１ 圧接部
７２ ワッシャ
７３ ナット
８１ 凸部
８２ 凹部
８３ 突条部
８５ 第１接続部
８６ 第２接続部
８７ 第３接続部
１０１ リニアアクチュエータ
１０２ ピストン
１０３ ボールねじ機構
１０４ スクリューナット
１０５ 平行ピン
１０６ ねじ
１０７ ねじ部
１０８ ねじ部
１０９ 段部
１１１ 切欠部
１１２ ピン孔
１１３ 支持パイプ
１１４ ウオームホイール
１１５ クリアランス

Claims (5)

1. 雄ねじ部を有するシャフトと、
   該シャフトにモータの回転を減速して伝達するウオーム及びウオームホイールと、
   前記ウオーム及びウオームホイールを収容するハウジングと、
   前記雄ねじ部に螺合して前記シャフトの正逆回転によって進退するスクリューナットと、
   該スクリューナットに固定され、前記シャフトの回転に伴って進退するピストンチューブと、を備え、
   前記シャフトの回転に伴い、前記ピストンチューブが前記スクリューナットと共に軸方向に移動し、該ピストンチューブが前記ハウジングに対して進退するリニアアクチュエータであって、
   前記ピストンチューブは、前記スクリューナットに取り付けられるスクリューナットアダプタを介して前記スクリューナットに固定され、
   前記スクリューナットアダプタは、
   該スクリューナットアダプタと前記スクリューナットとの間を回り止めする第１接続部と、
   該スクリューナットアダプタと前記ピストンチューブとの間を回り止めしつつ、該スクリューナットアダプタを前記ピストンチューブに対して軸方向に抜け止めする第２接続部と、を有することを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 請求項１記載のリニアアクチュエータにおいて、
   前記スクリューナットアダプタは、前記スクリューナットの外周部に装着されるリング部を有し、
   前記リング部は、
   前記第１接続部として、前記スクリューナットの外周に突設された凸部と嵌合する凹部と、
   前記第２接続部として、前記リング部から軸方向に沿って突設された爪部と、前記爪部に形成され、前記ピストンチューブに形成された貫通孔と嵌合する突起と、を有することを特徴とするリニアアクチュエータ。
3. 請求項２記載のリニアアクチュエータにおいて、
   前記リニアアクチュエータはさらに、前記ハウジングに取り付けられ、前記ピストンチューブが収容される支持パイプを備え、
   前記スクリューナットアダプタは、該スクリューナットアダプタと前記支持パイプとの間を回り止めしつつ、該スクリューナットアダプタを軸方向に沿って摺動自在に支持する第３接続部を有することを特徴とするリニアアクチュエータ。
4. 請求項３記載のリニアアクチュエータにおいて、
   前記リング部は、前記第３接続部として、前記支持パイプの内周部に設けられた突条部と嵌合する嵌合溝を有することを特徴とするリニアアクチュエータ。
5. 請求項４記載のリニアアクチュエータにおいて、前記嵌合溝は、軸方向に沿って前記爪部と連続的に形成されることを特徴とするリニアアクチュエータ。

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