JP2017525906A - リニア・アクチュエータ - Google Patents

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Abstract

逆転可能な電動モータ(20)がトランスミッション(21)を介して非自動ロック型スピンドル(22)を駆動し、これにより回転不能に固定された調節要素(24)をたとえばベッドの背もたれ部に連結された要素を調節するために軸方向に動かせることができる、リニア・アクチュエータである。このアクチュエータはさらに、上記スピンドル(22)が上記調節要素(24)への荷重のもとで回転するように、上記調節要素(24)を上記電動モータ(20)から係合離脱させるためのクィック・リリース(27)、および、上記電動モータ(20)から当該クィック・リリース(27)へ延びる上記トランスミッションの部分を含む。さらに、当該アクチュエータは、上記クィック・リリース(27)が起動したとき上記調節要素(24)の速度を制御するためのブレーキ手段を含む。当該ブレーキ手段は外側本体部の液体充填中空部内に配置された内側本体部を含む流体式の回転ダンパー(45)で構成されており、それにおいて、上記クィック・リリース(27)が起動した結果として当該本体部が他方の本体部に対して回転するとき、上記スピンドル(22)ないし上記調節要素(24)の速度を鈍化させる減衰作用がなされる。このように、上記クィック・リリースが起動したときに上記速度鈍化が自動制御される構造を提供することが可能となる。【選択図】 図4

Description

本発明は、請求項1の前段に記載されたタイプのリニア・アクチュエータに関する。
病院および介護ベッドにおいては、運搬面は背もたれ部および足掛け部、並びに典型的には固定状中間部に分割されている。上記背もたれおよび足掛けは、たとえばJ.Nesbit Evans & Company Ltd.に対する欧州特許公開EP0498111A2に示されるように、各々リニア・アクチュエータにより水平軸周りに独立して調節可能である。
たとえば心不全の場合における特定の状況においては、背もたれを起立位置から水平位置に直ちに下げることが可能なことが重要である。リニア・アクチュエータの速度は、背もたれ部を水平位置に直ちに下げるという要求を実行可能とするにはあまりにも遅い。この問題を解決するために、いわゆるクィック・リリースを装備するリニア・アクチュエータが開発されてきた。このリニア・アクチュエータは、非自動ロック型のスピンドル自体をモータから連結解除し、あるいは上記スピンドルを含む駆動連結においてトランスミッションの一部を連結解除する。これにおいて上記トランスミッションの当該一部および上記スピンドルは非自動ロック型である。クィック・リリースをもつ当該タイプのリニア・アクチュエータの例は、たとえば、LINAK A/Sに対する欧州特許公開EP0588541A1、欧州特許公開EP0685662A2、国際公開WO2006/039931A1から公知である。なお、上記したように、上記リニア・アクチュエータの上記スピンドルは自動ロック型ではなく、それゆえ、スピンドル・ナットに連結される、上記リニア・アクチュエータの筒状調節要素に作用する荷重が上記スピンドルを回転させる。上記荷重からの力の結果として上記スピンドルは加速し、増速した上記調整要素はその端部位置に向かって動き、上記背もたれ部がその水平位置に到達するとき当該背もたれ部は衝突状態で突如停止させられるようになる。上記水平位置に向かう加速はベッドの構造によって増加させられる。すなわち、上記リニア・アクチュエータに対する荷重は背もたれ部がその最も起き上がった位置をとるとき最小である一方、上記力の衝撃力は上記背もたれ部がその水平位置に近づくほど著しく増大し、水平位置では上記力の衝撃力は最大となる。このような衝突状態での停止は、すでに外傷を負っている患者にとってかなりの程度有害となり得、さらにはベッドの構造およびリニア・アクチュエータのとてつもない過負荷となる。そのような外傷状態は概して患者にとって混沌としたものであり、その上、このような水平位置への制御できない急変化時、上記背もたれ部と上記背もたれ部が嵌め込まれた上部フレームとの間に誰かが挟まれるという、小さくはないリスクが存在する。この問題は上記の動きを減衰するためにベッド構造にガス・スプリングを組み込むことにより解決されようが、これは構造を複雑にし、かつコストが付加される。このことはベッド構造が上記ガス・スプリングを固定するべき付加的な取り付け部もしくはこれに類するものを含むことによる。これに加え、取り付け時間が増え、かつ、上記ガス・スプリングは付加的なコストとなる。さらに、ベッドはしばしば、現存する必要性を満たすために2つのガス・スプリングが装備される。このように、この解決法は上記問題に対する正しい解決法となるべきことが直感的に明らかでない。この問題はすでに、スピンドルがモータおよびランスミッションから係合解除されたときにスピンドルの速度を制御するためのクィック・リリースおよびブレーキを備えるリニア・アクチュエータに関する、LINAK A/Sに対する欧州特許EP0944788B1において実現されている。欧州特許EP0944788B1に示された具体的な実施例は、固定接触面を締め付けるブレーキ・スプリングとして機能するねじスプリングを扱っている。固定接触面に対する上記ねじスプリングの係合を制御して緩めることにより、上記スピンドルの速度を制御することができる。この構造は優れているが、上記速度を等しく制御することができるためにはオペレータに技量が要求される。さらには、構造が複雑となる。LINAK A/Sに対する国際公開WO2011/066836A1が開示する構造は、上記速度を手動で制御するこの問題を遠心ブレーキで解決したとみられるが、この構造は同様に、むしろ複雑であり、上記問題を完全かつ満足に解決しない。Antriebs−und Systemtechnik GmbHに対する欧州特許EP1592325B1が開示する構造においては、アクチュエータの筒状調節要素の外端およびフォーク形状の前部取り付け部にウォーム・ギアが取り付けられ、上記ウォーム・ギアは対応する固定状のコーン型ブレーキ要素に関連するコーン型要素を駆動する。上記コーン型ブレーキ要素は上記ウォーム・ギアによって駆動される上記コーン型要素との係合において負荷が与えられるスプリングである。上記ウォーム・ギアにおける上記コーン型要素に対する係合状態から上記コーン型ブレーキ要素を幾分引っ張ることにより、上記筒状調節要素の速度の低下を制御することができる。
なお、筒状調節要素を持たないアクチュエータもまた知られているが、それにおいては、スピンドル・ナットは調節要素として形成されており、これにより当該アクチュエータが、それが協働する構造に固定される。このようなアクチュエータの例は、Dietmar Kochに対する国際公開WO96/12123から公知である。このタイプのアクチュエータは、典型的にはアーム・チェアまたはリクライナに関連して用いられる。
モータ駆動部は、国内仕様のベッド用として1980年代後半に開発され、それにおいてはリニア・アクチュエータが共通ハウジングの各端部に組み込まれている。このモータ駆動部はベッドの背もたれ部および足掛け部用の回転シャフトに吊持されている。これらの回転シャフトにはアームが装備され、このアームは上記ハウジングに向けて延出するとともに、スライド要素として形成されたスピンドル・ナットに対して緩やかに載せられている。これらのデュアル型リニア・アクチュエータは、引き続いてさらなる開発を経験した結果、介護ベッド用に用いることができるようになった。このようなデュアル型リニア・アクチュエータは、たとえば、Eckhart Dewertに対する国際公開WO89/10715、および、Niko Gesellscaft Fur Antriebstechnik GmbHに対するドイツ特許公開DE3842078A1、並びに、LINAK A/Sに対する国際公開WO2007/112745A1から公知である。クィック・リリースを備えるそのようなアクチュエータの例は、Dewert Antriebs−und Systemtechkik GmbHに対するドイツ実用新案DE29612493U1において扱われている。
欧州特許公開EP0498111A2 欧州特許公開EP0588541A1 欧州特許公開EP0685662A2 国際公開WO2006/039931A1 欧州特許EP0944788B1 国際公開WO2011/066836A1 欧州特許EP1592325B1 国際公開WO96/12123 国際公開WO89/10715 ドイツ特許公開DE3842078A1 国際公開WO2007/112745A1 ドイツ実用新案DE29612493U1
本発明の目的は、調節要素を、それがモータまたはトランスミッションとの連結が解かれたときに、制御して位置を低くしまたは引っ込めるための異なる解決法を提供することである。
本発明にしたがうリニア・アクチュエータは、上記ブレーキ手段が、外側本体部における液体充填中空部内に配置された内側本体部を含む流体式回転ダンパーで構成されており、一方の本体部が上記スピンドルまたは上記スピンドルから上記クィック・リリースへ延びる上記トランスミッションの部分に駆動連結されるとともに、上記クィック・リリースの起動の結果として当該本体部が他方の本体部に対して回転させられるとき、上記スピンドルないし上記調節要素の速度を鈍化させる粘性減衰作用がなされる流体型回転ダンパーにより構成されていることに特徴づけられる。
本発明の第2実施例においては、上記リニア・アクチュエータ上の上記調節要素の外方端が前部取り付け部に連結された回転ダンパーおよびクィック・リリースを含む。この回転ダンパーはまた、流体式のダンパーであり、外側本体部における液体充填中空部内に配置された内側本体部を含み、一方の本体部が上記筒状調節要素と駆動連結状態にあるとともに、上記クィック・リリースの起動の結果として当該本体部が他方の本体部に対して回転させられるとき、上記筒状調節要素の速度を鈍化させる粘性減衰作用を行う。
上記2つのタイプのリニア・アクチュエータについて、角速度が増大すると減衰係数、トルク/角速度が増大するので、上記クィック・リリースが起動したとき低位化速度を自動制御する構造を提供することが可能である。異なるタイプの液体およびその粘性をテストすることにより、回転ダンパーは比較的小型に作製することができるとともに所望の減衰効果をもつことが可能であることが証明されており、これにより基本構造を変更することなくリニア・アクチュエータに回転ダンパーを組み込むことが可能となる。上記したいくつかの解決法と比較し、上記ダンパーはそれ自身を上記調節要素の現在速度に対して自動調節するので、速度制御をオペレータの能力に異存する必然性がなくなる。一つの実施例において、上記クィック・リリースをその起動位置にロックすることができ、その結果オペレータは深刻な状況において他のタスクを扱うことが可能となる。背もたれ部が形成可能な水平位置に到達すると、上記クィック・リリースの作動が自動的に解除され、上記スピンドル/上記調節要素は再結合されるとともに、上記アクチュエータは通常作動が可能な状態となる。
便宜のため、上記リニア・アクチュエータはフリー・ホイール式ベアリングを含み、このフリー・ホイール式ベアリングは好ましくは上記回転ダンパー内に組み込まれ、かつ、上記スピンドルまたは当該スピンドルから上記クィック・リリースへ延びる上記トランスミッションの部分と駆動連結状態にある本体部が、上記調節要素が上記荷重に対抗して動くときに停止するように配置される。
同様に、第2実施例にかかるリニア・アクチュエータは、上記調節要素と駆動連結状態にある上記本体部が、上記調節要素が上記荷重に対抗して動くときに停止するように配置されたフリー・ホイール式ベアリングを含むことができる。
上記2つのタイプのアクチュエータは重量の方向と反対方向に荷重を動かせる必要があるときには減衰作用を受けないことが実現され、換言すれば更なるエネルギーもより大きなモータも必要なくなる。減衰は、荷重がその重量により、典型的には下動するときにのみ生じる。
他の実施例において、フリー・ホイール式ベアリングは上記回転ダンパー内に一体化することができる。そのため、この構造およびこの構造による取り付けは、簡易化される。
本発明にしたがうリニア・アクチュエータは、添付図面を参照して以下により詳細に説明される。
病院ベッドの概要図である。 クィック・リリースおよび回転ダンパを備えるリニア・アクチュエータの斜視図である。 クィック・リリースおよび回転ダンパを備えるリニア・アクチュエータの平面図である。 図2に示すアクチュエータの縦断面図である。 図4に示す縦断面の部分詳細図である。 初期位置にあるクィック・リリース・ユニットの部分の側面図である。 係合離脱位置にあるクィック・リリース・ユニットの部分の側面図である。 インナ・カップリング部を各端部から見た図である。 アウタ・カップリング部を各端部から見た図である。 リリース機構の分解図である。 リリース機構平の平面図であり、クィック・リリース・ユニットのハウジング内を示す。 リニア・アクチュエータの概要構造を示す図である。
詳細な説明
図1に示す病院ベッド1は、駆動車輪2を備える下部フレーム3と、上部フレーム4とを含む。マットレス用の調節可能な搬送面が上記上部フレーム4に取り付けられている。
上記搬送面は、背もたれ部6、関節接合された足掛け部7、およびこれらの間の固定中間部8を含む。上記背もたれ部6および足掛け部7は、それぞれリニア・アクチュエータ9,10によって調節可能であり、その結果、上記搬送面は、矢印5で示されるさまざまな外形をとることができる。上記上部フレーム4は、関節接合部11,12によりその各端部において下部フレーム3に連結されている。上記上部フレーム4は、上記関節接合部11,12に連結された1対のアクチュエータ13,14により昇降可能である。上記アクチュエータ9,10,11,12は、本線に接続するための動力電源、再充電可能なバッテリー・パック、およびコントローラを含む制御ボックス15に接続されている。ハンド・コントローラ16のような操作ユニット、手すり17における固定制御パネル、およびアンダーベッド・ライトのような考えられる他の周辺機器が上記制御ボックス15に接続されている。
図2−11から分かるように、背もたれ部6を動かせるリニア・アクチュエータ9は、逆転可能な電動モータ20をもつハウジング19を含み、この電動モータはウォーム・ギア21を介してスピンドル・ナット23が付属するスピンドル22を駆動する。そのスピンドル・ナットには、内側チューブとも呼ばれ、かつ外側チューブ25により取り囲まれた筒状調節要素24が固定されている。当該リニア・アクチュエータを取り付けるために、前部取り付け部26が上記筒状調節要素24の端部に配置されている。係るアクチュエータには、リリース機構28をもつクィック・リリース・ユニット27が装備される。
上記クィック・リリース・ユニット27は、2つの結合部29.30を含み、それにおいては、内側結合部29が上記スピンドル22の軸端22aに取り付けられ、一方外側結合部30は中空部(部分円筒状凹部)31を持ち、この中空部は上記内側結合部29の突出部32をトルク伝達結合時において受容することができる。上記外側結合部30の外側はさらに、ウォーム・ホイール21の貫通穴の内側における対応する舌部に係合するための溝部33を含み、その結果トルク伝達結合部もまたこの部に形成される。このように、上記電動モータ20の逆転可能な回転は、(上記ウォーム・ホイール21を含む)上記ウォーム・ギアおよび上記外側および内側結合部29,30間の連結を介して上記スピンドル22を駆動することができる。回転不能に固定された上記スピンドル・ナット24は、上記電動モータ20の回転方向に依存して上記スピンドル22上を前進および後退動することができる。
上記クィック・リリース・ユニット27はさらに、カバー35をもつハウジング34を含み、その内部に上記リリース機構28が配置される。このハウジング34は、2つの入口34a,34bを有し、これらはいずれも図示しないケーブルをレバーに導くためのものである。上記リリース機構28は、筒状起動要素36を含み、この起動要素は上記ハウジング34の底部の孔を通って部分的に導入されており、そのため上記リニア・アクチュエータの上記ハウジング内に部分的に延出している。上記ハウジング34内に位置する上記起動要素36の上端は、アーム37を含み、このアームは当該起動要素36の回転および中心軸(図6および図11参照)からの半径方向に延びている。上記起動要素の上記アーム37は、2つの孔38a,38bをもつケーブル・ホルダ38に連結されており、このケーブル・ホルダにはたとえばワイヤ形態のケーブルを固定することができる。上記ケーブルのそれぞれは、上記ハウジング34内で上記2つの入口34a,34bに案内されうる。上記起動要素36の上端は、中空円筒部を有し、その内部に復帰スプリング39が配置されている。らせん状の上記復帰スプリングの自由端が上記ハウジング34におけるトラックに固定される。図6、7および11を参照して、ケーブルが上記アーム37を介して引っ張られると、上記起動要素36は時計回り方向に回転させられる。また、上記ケーブルの引っ張り力を減じることにより、上記復帰スプリング39は上記起動要素36を初期位置へと反時計周り方向に回転させる。
上記筒状起動要素36の下端は、ノッチによって部分的に短縮され、このノッチは上記起動要素の回転および中心軸に垂直な第1平面および上記起動要素の回転および中心軸に平行な第2平面40を有する。上記起動要素36の下端の端部から見て、上記第2平面40は当該起動要素の円形部において弦を形成する。
上記起動要素36がその初期位置にあるとき、上記第2平面40は上記外側結合部30におけるカラー部41に載る。この初期位置において上記外側結合部30は上記内側結合部29に係合している。この上記2つの結合部29.30間のトルク伝達結合は、上記外側結合部30をバネ加圧することによって達成される。このように、上記外側結合部30はブッシング42上に変位可能に配置されており、当該ブッシングはさらに、当該ブッシング42の端部壁44と上記外側結合部30との間に配置された圧縮スプリング43を含む。この実施例において、上記ブッシング42は上記スピンドル22の軸端部22aに連続して、当該スピンドルのネジを横切って設けられており、その結果、上記端部壁44は上記スピンドルの軸端部22aから最も遠く離れて位置する。
ケーブルを引っ張ることにより上記起動要素36が回転させられると、上記第2平面40が上記外側結合部30を上記ブッシングの端部壁44に向かう方向に変位させ、これにより上記圧縮スプリングを43が圧縮される。上記起動要素36が所定の回転をした後、上記外側結合部30は大きく変位させられ、その結果上記トルク伝達結合は中断させられる。
これにより、上記スピンドル22はトランスミッションおよび電動モータ20から独立して回転することができる。上記アクチュエータの上記スピンドル22、スピンドル・ナット22および筒状調節要素24はこのようにして連結解除され、上記ベッドの背もたれ部6はその荷重により下方へ動き、水平位置をとる。
流体式回転ダンパー45が、ベアリングにより上記ハウジング19内に組み込まれた上記スピンドルの軸端部22aの自由端に接続されている。当該回転ダンパー45は、リニア・アクチュエータの後端部における後部取り付け部46の中空部内に設けられている。この回転ダンパー45は、シリンダー形状の内側本体部を含み、当該内側本体部は、同じくシリンダー形状に構成された外側本体部内の液体充填中空部内に配置される。上記回転ダンパー45の上記中空部に使用される液体は、シリコーン・オイルである。上記内側本体部は軸端を介して上記スピンドルの軸端22aと駆動連結状態にある。上記クィック・リリース・ユニット27が上記リリース機構28を介して起動させられ、それにより上記スピンドルが連結解除されると、スピンドルは上記内側本体部を上記外側本体部に対して相対回転させる。このとき減衰作用が発揮され、上記スピンドルおよび上記調節要素の速度を鈍化させる。上記アクチュエータへの最大荷重に基づいて、上記調節要素24の速度を鈍化させるべき上記回転ダンパーの最大減衰力を決定することができ、これにより最大下動速度が決定される。減衰力は、液体およびその粘度の選択、並びに、上記内側本体部および外側本体部の形状とサイズの選択によって決定することができる。回転ダンパーの例は、Illinois Tool Works Inc.に対するEP 0 763 671 A2中に提供されている。
上記回転ダンパーは、組み込み済のフリー・ホイール式ベアリングを有し、そのため当該回転ダンパーは通常作動時では連結を解除され、これにより通常作動を中断することがなく、または余分のエネルギーを必要としない。
図12は、本発明にしたがうリニア・アクチュエータ47の概略図であり、このリニア・アクチュエータは、逆転可能な電動モータ、トランスミッション、スピドル・ナットが付属するスピンドル、および筒状調節要素(内側チューブ)48からなる。上記筒状調節要素48の外方端には当該アクチュエータを固定するための前部取り付け部49が設けられている。上記前部取り付け部49と上記筒状調節要素48との間には液体式の回転ダンパー51に連結されたクィック・リリース50が設けられている。上記アクチュエータ47の通常作動時、上記前部取り付け部は上記筒状調節要素48に関して固定される。上記クィック・リリース49が起動することにより、上記筒状調節要素48は上記前部取り付け部49からの連結を解かれ、これにより、上記筒状調節要素48はたとえばベアリング結合(図示略)を介して上記前部取り付け部49に関して相対的に自由回転することができる。上記前部取り付け部への圧縮力がこれにより上記筒状調節要素48に伝達され、その結果当該筒状調節要素は内方へ移動させられる。なお、上記アクチュエータの上記スピンドルは、上記筒状調節要素48の回転中、固定状態にある。上記回転ダンパー51は、減衰作用を行い、上記回転および速度を鈍化させ、この状態において上記筒状要素48は内方へ動く。

Claims (5)

  1. 逆転可能な電動モータ(20)、トランスミッション(21)および非自動ロック型スピンドル(22)を含み、上記電動モータ(20)は上記トランスミッション(21)を介して上記非自動ロック型スピンドル(22)を駆動するとともに、当該リニア・アクチュエータは上記スピンドル(22)上のスピンドル・ナット(23)および回転不能に固定された調節要素(24)を含み、上記調節要素(24)は軸方向に移動可能であるとともに上記スピンドル(22)上の上記スピンドル・ナット(23)に連結されるかまたは一体であり、当該リニア・アクチュエータはさらに上記調節要素(24)を上記逆転可能な電動モータ(20)から連結解除するクィック・リリース(27)を含むとともに上記トランスミッション(21)の一部が上記逆転可能な電動モータ(20)から上記クィック・リリース(27)へ延出していて、上記スピンドル(22)が上記調節要素(24)への荷重下で回転させられるようになっており、かつ、当該リニア・アクチュエータは上記クィック・リリース(27)の起動時、外部荷重下で上記調節要素(24)の速度を制御するためのブレーキ手段を含むものにおいて、上記ブレーキ手段は、外側本体部における液体充填中空部内に配置された内側本体部を含む流体式回転ダンパー(45)で構成されており、一方の本体部が上記スピンドル(22)または上記スピンドル(22)から上記クィック・リリース(27)へ延びる上記トランスミッションの部分と駆動連結状態にあるとともに、上記クィック・リリース(27)の起動の結果として当該本体部が他方の本体部に対して回転させられるとき、上記スピンドル(22)ないし上記調節要素(24)の速度を鈍化させる粘性減衰作用がなされることを特徴とする、リニア・アクチュエータ。
  2. 逆転可能な電動モータ、トランスミッションおよびスピンドルを含み、上記逆転可能な電動モータはトランスミッションを介して上記スピンドルを駆動するとともに、当該リニア・アクチュエータは、上記スピンドル上のスピンドル・ナットおよび軸方向に移動可能な筒状調節要素(48)を含み、当該筒状調節要素はその後端において上記スピンドル(22)上の上記スピンドル・ナットに連結されており、当該リニア・アクチュエータは上記筒状調節要素(48)の外方端に連結された前部取り付け部(49)および上記筒状調節要素(48)を上記前部取り付け部(49)から連結解除するために上記筒状調節要素(48)の外方端と上記前部取り付け部(49)との間に配置されたクィック・リリースを含んでいて、上記筒状調節要素(48)がこれへの荷重下で回転させられるようになっており、かつ、当該リニア・アクチュエータは上記クィック・リリース(50)の起動時、外部荷重下で上記調節要素(48)の速度を制御するためのブレーキ手段を含むものにおいて、上記ブレーキ手段は、外側本体部における液体充填中空部内に配置された内側本体部を含む回転ダンパー(51)で構成されており、一方の本体部が上記筒状調節要素(48)と駆動連結状態にあるとともに、上記クィック・リリース(50)の起動の結果として当該本体部が他方の本体部に対して回転させられるとき、上記筒状調節要素(48)の速度を鈍化させる粘性減衰作用がなされることを特徴とする、リニア・アクチュエータ。
  3. 上記スピンドル(22)または上記スピンドル(22)から上記クィック・リリース(27)へ延びる上記トランスミッションの部分と駆動連結状態にある上記本体部が、上記調節要素(24)が上記荷重に対抗して動くときに停止するように、フリー・ホイール式ベアリングが配置さ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。
  4. 上記調節要素(48)と駆動連結状態にある上記本体部が、上記調節要素(48)が上記荷重に対抗して動くときに停止するように、フリー・ホイール式ベアリングが配置されていることを特徴とする、請求項2に記載のリニア・アクチュエータ。
  5. 上記フリー・ホイール式ベアリングは上記回転ダンパー(45,51)に組み込まれていることを特徴とする、請求項3または4に記載のリニア・アクチュエータ。
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