JP4429636B2

JP4429636B2 - リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP4429636B2
Application number: JP2003160537A
Authority: JP
Inventors: 毅熊本
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: JP2004360804A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被駆動体を往復動させるために直線往復運動し得るリニアアクチュエータを用いる場合がある。例えば電動ベッドにおいて、上半身を起こすことができるようにベッドにおける被駆動体としての上半身側フレームを本体フレームに対して寝かせた状態（倒伏状態）と起こした状態（起立状態）との間で傾動可能にし、その傾動動作の駆動手段としてリニアアクチュエータを用いることができる。そのようなリニアアクチュエータとしては、電動モータにウォームホイールなどの減速装置を介して回転ねじ軸を連結し、その回転ねじ軸にナット部材を螺合し、回転ねじ軸の回転に合わせて軸線方向に変位するナット部材により直線運動を取り出すようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記リニアアクチュエータを用いた電動ベッドの概略構造を図６に示す。なお、図６は上半身側フレーム４を起こした状態を示している。図において、ベッドの本体フレーム２の上面に下半身側フレーム３と上半身側フレーム４とが設けられ、下半身側フレーム３は本体フレーム２に固定され、被駆動体としての上半身側フレーム４は下半身側フレーム３との間の近傍を支点として起立倒伏し得るようにされている。なお、図示例では、上半身側フレーム４の下方に上記リニアアクチュエータ２１を配設している。リニアアクチュエータ２１は、筒状ケーシング２５と、ケーシング２５に出没自在に設けられた円筒状ロッド２６と、ケーシング２５におけるロッド２６の突出方向（伸び方向）とは相反する側に設けられたモータ装置７とからなる。なお、リニアアクチュエータ２１のモータ装置７側となる後端部が本体フレーム２に枢支され、リニアアクチュエータ２１の前端部が両フレーム３・４間側に向けられている。
【０００４】
上記モータ装置７からロッド２６側に向けて延出された出力軸が回転ねじ軸２２として形成されている。回転ねじ軸２２は上記ロッド２６のモータ装置７側壁部を貫通し、ケーシング２５の開放端部に至るように延出されている。ロッド２６内に同軸的に回転ねじ軸２２が受容され、その回転ねじ軸２２にはナット部材１２が螺合している。ナット部材１２の外形は大小径の２段形状をなし、その小径部の外周面に雄ねじが形成されている。また、ロッド２６のモータ装置側内周面に雌ねじ部が形成されており、その雌ねじ部にナット部材１２の小径部の雄ねじ部がねじ込まれて、ロッド２６にナット部材１２が一体的に結合されている。これにより、ナット部材１２の変位に伴いロッド２６が変位するようになっている。
【０００５】
そして、上半身側フレーム４の下面に略Ｌ字形リンク８の一方のアームが固設され、略Ｌ字形リンク８の角部が両フレーム３・４間の近傍に位置しかつ枢支されている。略Ｌ字形リンク８の他方のアームがリニアアクチュエータ２１のロッド２６の突出方向端部に至るように延出されており、両者が相対的に回動自在に連結されている。また、この連結によりロッド２６の軸線回りの回転が防止されるため、ナット部材１２も回転せず、回転ねじ軸２２が回転すると、ナット部材１２が軸線方向に変位し、したがってロッド２６が変位し得る。
【０００６】
このようにして構成された電動ベッドにおいて、図６の想像線に示されるように上半身側フレーム４の倒伏状態ではロッド２６が最突出位置にあり、その状態から起立させる場合には、モータ装置７によりナット部材１２を図の矢印Ａに示されるケーシング２５への没入方向に変位させることになる。すると、ナット部材１２に一体化されたロッド２６も没入方向に変位するため、それにより略Ｌ字形リンク８が回動して上半身側フレーム４が図の矢印Ｃに示される起立方向に傾動して、図６の実線に示されるように起立状態になる。
【０００７】
上半身側フレーム４を起立状態から倒伏させる場合には、モータ装置７によりナット部材１２を突出方向（図の矢印Ｅ）に変位させる。これにより、ナット部材１２と共にロッド２６も矢印Ｅの方向に変位し、それに伴う略Ｌ字状リンク８の回動に伴って図の矢印Ｄに示される倒伏側に上半身側フレーム４が傾動し得る。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０９−１００８９０号公報（第２−３頁、図１−３）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記したリニアアクチュエータでは、ナット部材１２とロッド２６とを一体化しているため、上記したような上半身側フレームを傾動可能にした電動ベッドに上記リニアアクチュエータを組み合わせた構造では、図７に示されるように、本体フレーム２と上半身側フレーム４との間に異物１６が入ってしまった場合に、モータの推力により上半身側フレーム４が倒伏側に変位され続けると、本体フレーム２と上半身側フレーム４との間に異物１６を挟み込んでしまうという虞がある。その対策として、挟み込みを過負荷検出により検出してモータ装置を制御することにより異物に対する過大な挟み込みをしてしまうことを防止できるが、回路などが複雑化し、装置が高騰化するという問題がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、被駆動体を傾動させる装置に用いた場合に異物に対する過大な挟み込みを安価な構造で防止し得るリニアアクチュエータを実現するために、本発明に於いては、モータにより駆動される回転ねじ軸と、前記回転ねじ軸に螺合しかつ前記回転ねじ軸の正逆回転により相対的に軸線方向に往復変位するようにされたナット部材と、前記ナット部材の前記変位方向に伸縮するように変位自在にされたロッドとを有し、前記ロッドが、被駆動体からの荷重を受けて変位する方向に前記ナット部材と係合し得るようにされていると共に、前記ナット部材は、前記ロッドの前記荷重を受けて変位する方向に変位する場合に、前記ロッドが停止している場合には前記ロッドから離脱して変位可能にされているものとした。
【００１１】
これによれば、例えば電動ベッドに設けられた傾動可能な上半身側フレームを被駆動体とした場合には、その上半身側フレームとロッドとをリンク機構を介して連結することにより、ロッドの縮み方向にナット部材が変位する時にそのナット部材によりロッドを引っ張るようにして、上半身側フレームを起立方向に傾動させることができる。上半身側フレームを倒伏させる向きにはロッドを伸び方向に変位させる向きにナット部材を変位させることになり、この変位方向はナット部材がロッドから離脱し得る方向になるため、例えば電動ベッドの本体フレームと上半身側フレームとの間に異物を挟んで上半身側フレームが抵抗を受けた場合には、ロッドは停止し、ナット部材のみが変位し続けることができる。
【００１２】
特に、前記ナット部材が前記ロッド内で軸線方向変位可能に設けられていることによれば、リニアアクチュエータにおけるロッドの変位（作動変位）を同一とした場合に、ナット部材によりロッドを押すタイプではナット部材の分だけ変位方向長さが増えるのに対して、ナット部材をロッド内に軸線方向変位可能に設けることによりナット部材の長さをロッドの長さ内に吸収することができ、リニアアクチュエータの全長を短縮化することによるコンパクト化を実現でき、レイアウト性が向上し得る。
【００１３】
また、前記ロッドが、前記ナット部材に嵌装される筒状に形成され、前記ロッドの内周面と前記ナット部材の外周面との間に、前記ナット部材を回り止めしつつ前記軸線方向変位を可能にするガイド手段が設けられていると良い。これによれば、簡単な構造でねじ軸の回転に応じてナット部材に直線運動をさせることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明が適用されたリニアアクチュエータ１を用いた電動ベッドの要部側面図である。このベッドにおける本体フレーム２・下半身側フレーム３・上半身側フレーム４の構成は従来例で示したものと同様であって良い。なお、以下の説明において、従来例の図示例と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００１６】
本図示例のリニアアクチュエータ１は、上半身側フレーム４の下方に配設されていると共に、その筒状ケーシング５と、有底円筒状ロッド６と、モータ装置７による構成は従来例で示したものと同様であって良い。本図示例においても本体フレーム２の適所に、リニアアクチュエータ１のモータ装置７側となる後端部が枢支され、リニアアクチュエータ１のケーシング５の開口端側となる前端部が両フレーム３・４間側に向けられている。したがって、ケーシング５に受容されたロッド６は、上半身側フレーム４の下方の位置にて下半身側フレーム３に対して出没自在に設けられている。なお、ロッド６の突出端部と、上半身側フレーム４に固設された略Ｌ字形リンク８との連結も従来例と同様であって良い。
【００１７】
本リニアアクチュエータ１の内部構造を図２に示す。図示例のものにあっては、そのケーシング５が二つ割り構造であり、図における表面側を取り除いた状態のものを示している。そのケーシング５の図における裏面側にモータ９が一体的に組み付けられており、そのモータ軸がケーシング５内に没入して受容され、その受容されている部分にウォーム９ａが形成されている。そのウォーム９ａには、軸を図の左右方向に延在させたホイール１０がかみ合わされている。ホイール１０の軸の図における左端部が玉軸受１１により支持され、その軸のホイール１０から図における右側に延出された部分には略全長に渡ってねじが形成されており、そのようにして回転ねじ軸１０ａが設けられている。
【００１８】
回転ねじ軸１０ａには、例えば台形ねじを形成されたナット部材１２が螺合している。ナット部材１２は、モータ９の回転に伴って回転する回転ねじ軸１０ａにより、図の両方向矢印に示されるように回転ねじ軸１０ａの軸線方向に変位し得る。ナット部材１２には長尺有底円筒状のロッド６が同軸的に嵌装されている。ロッド６のホイール１０側に位置する底部には回転ねじ軸１０ａが貫通していると共に、ナット部材１２がホイール１０側に変位するとロッド６の底部に係合するようになっている。
【００１９】
ケーシング５における回転ねじ軸１０ａの延出側に対応する部分は、回転ねじ軸１０ａの全長に渡って外囲する長さの円筒状に形成されている。また、ロッド６は、図２に示されるケーシング５に対する最没入状態において、回転ねじ軸１０ａを全長に渡って受容しかつ回転ねじ軸１０ａよりも延出され、さらにケーシング５の外方（図の右側）に突出するように形成されている。なお、ロッド６の突出端部には、上記略Ｌ字形リンク８のアームの端部とピン係合するための係合孔６ａが設けられている。
【００２０】
ケーシング５の上記延出端部には、ロッド６を軸線方向に変位可能に軸支するスライド軸受１３が組み付けられている。また、ケーシング５内にはロッド６を外囲する円筒状のスリーブ１４が組み付けられており、ロッド６におけるホイール１０側の端部にはスリーブ１４の内周面と摺接し得る突部６ｂが形成されている。これにより、ロッド６は、その没入側端部をスリーブ１４により支持されると共に突出側端部をスライド軸受１３により支持されて、軸線方向に変位自在に設けられている。
【００２１】
また、ロッド６およびナット部材１２の関係を示す図３に示されるように、ロッド６の内周面には軸線方向に沿って左右一対の回り止め溝６ｃが形成されている。ナット部材１２の外周面には、回り止め溝６ｃに対応する位置に回り止め溝６ｃに係合する左右一対の突条１２ａが形成されている。これら回り止め溝６ｃと突条１２ａとの係合により、ナット部材１２が周方向に対して回り止めされている。これにより、回転ねじ軸１０ａが回転すると、ナット部材１２がその軸線方向であるロッド６の出没方向（伸縮方向）に変位し得る。なお、回転ねじ軸１０ａの延出端部の近傍位置まで回り止め溝６ｃを設けることにより、ナット部材１２の変位の範囲を回転ねじ軸１０ａの全長に対応させることができる。
【００２２】
上記回り止め溝６ｃと突条１２ａとを設ける相手は図示例に限られず、逆であっても良い。また、ロッド６の内周面に別部品からなる円筒状部材をはめ込み、その円筒状部材に回り止め溝または突条を設けるようにしても良い。
【００２３】
なお、ケーシング５内には、回転ねじ軸１０ａに連動する回転円板の回転角度を検出することによりナット部材１２の変位位置を検出するためのポテンショメータ１５が設けられている。例えば操作ボックスからの指示入力を図示されない制御回路に入力し、ポテンショメータ１５の検出値をフィードバック値として、モータ９を制御することができる。
【００２４】
このようにして構成されたリニアアクチュエータ１を用いた電動ベッドの動作要領について以下に示す。
【００２５】
モータ９への通電方向に応じて回転ねじ軸１０ａが正逆回転することによりナット部材１２がロッド６の出没方向に変位し、図１の矢印Ａに示されるようにナット部材１２の没入方向にはロッド６の底面にナット部材１２が当接し、ロッド６とナット部材１２とが係合する。したがって、ナット部材１２の没入方向変位に応じてロッド６が図の矢印Ａに示されるようにケーシング５内に引き込まれ、それにより略Ｌ字形リンク８が図の矢印Ｂに示されるように回動して上半身側フレーム４が収納状態としての倒伏状態のから飛び出し状態としての起立状態に向けて図の矢印Ｃに示されるように傾動し、図４に示される起立状態になる。
【００２６】
図４の起立状態から図の矢印Ｄに示されるように上半身側フレーム４を元に戻す倒伏側に傾動させる場合には、モータ８を逆転駆動する。この倒伏側に対しては人の重みまたは上半身側フレーム４自身の重量により、上半身側フレーム４には倒伏側に傾動させる荷重が作用しているため、略Ｌ字形リンク８を介してロッド６には図の矢印Ｅに示される突出方向への引き出し力が常時作用している。したがって、回転ねじ軸１０ａの逆回転によりナット部材１２がロッド６の突出方向に変位すると、それに追従してロッド６も突出方向へ変位し得るため、モータ８により制御されたナット部材１２の移動速度に応じて上半身側フレーム４が倒伏側（矢印Ｄの向き）に傾動し得る。
【００２７】
この倒伏動作において、何らかの原因により上半身側フレーム４と本体フレーム２との間に図５に示されるように異物１６が挟まった場合には、上半身側フレーム４の倒伏側への傾動ができなくなる。この時、モータ９が回転し続けることにより、ナット部材１２は図の矢印Ｅに示される向きであるロッド６の突出方向に変位する。この変位方向は、ロッド６の内部にてロッド６の底面からナット部材１２が離脱（係合解除）し得る向きであり、上記したように上半身側フレーム４の倒伏傾動が停止してロッド６の変位が停止しても、ナット部材１２のみがロッド６の内部で自由に変位し得る。したがって、モータ９による推力がロッド６に伝わることが無く、異物１６を挟んだ状態で上半身側フレーム４の停止位置が保持されるため、異物１６に対してモータの過剰な力により挟み込んでしまうことがない。
【００２８】
なお、本図示例ではモータ９と回転ねじ軸１０ａとの間にウォームホイールを用いたが、これに限られるものではなく、例えばモータ軸を延出して、その延出部分にねじを設けて回転ねじ軸としても良い。さらに、回転ねじ軸を円筒形とし、その内周面に雌ねじを設け、ナット部材の代わりに回転ねじ軸内に同軸に受容される円筒状雄ねじを用い、円筒状雄ねじの軸線方向孔に棒状のロッドを貫通し、そのロッドの端部に円筒状雄ねじと軸線方向に係合し得る外交フランジ部を設けるように構成することができる。この場合にはモータのロータに回転ねじ軸を一体化してモータ同軸型構造とすることができる。なお、回り止めとしては、ロッドを角形断面形状にすることにより可能である。
【００２９】
【発明の効果】
このように本発明によれば、電動ベッドに適用した場合には、リニアアクチュエータのロッドを縮ませるように変位させることにより、ロッドに連結された被駆動体としての上半身側フレームをロッドにより引っ張る動作で起立させることができ、上半身側フレームを倒伏させる場合にはロッドを伸び方向に変位させることになり、この変位方向はナット部材がロッドから離脱し得る方向になるため、電動ベッドの本体フレームと上半身側フレームとの間に異物を挟んで上半身側フレームが抵抗を受けた場合には、ロッドは停止し、ナット部材のみが変位し続けることができることから、モータの推力によるそれ以上の挟み込みを防止し得る。
【００３０】
特に、ナット部材によりロッドを引っ張ることから、ロッド内にナット部材を受容する構造とすることができる。リニアアクチュエータにおけるロッドの変位を同一とした場合に、ナット部材によりロッドを押すタイプではナット部材の分だけ変位方向長さが増えるのに対して、ナット部材をロッド内に受容することによりナット部材の長さをロッドの長さ内に吸収することができ、リニアアクチュエータの全長を短縮化することによるコンパクト化を実現でき、レイアウト性が向上し得る。
【００３１】
また、ロッドの内周面とナット部材の外周面との間に、ナット部材を回り止めしつつ軸線方向変位を可能にするガイド手段を設けることにより、簡単な構造でねじ軸の回転に応じてナット部材に直線運動をさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された電動ベッドの要部側面図。
【図２】リニアアクチュエータを示す要部破断側面図。
【図３】（ａ）はロッドおよびナット部材を示す要部拡大側面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印IIIb−IIIb線に沿って見た断面図。
【図４】上半身側フレームを起立状態にした図１に対応する図。
【図５】異物を挟み込んだ状態を示す図４に対応する図。
【図６】従来の電動ベッドの要部側面図。
【図７】従来の上半身側フレームにより異物を挟んだ状態を示す図６に対応する図。
【符号の説明】
１リニアアクチュエータ
２本体フレーム
３下半身側フレーム
４上半身側フレーム
５ケーシング
６ロッド
７モータ装置
８略Ｌ字形リンク
９モータ、９ａウォーム
１０ホイール、１０ａ回転ねじ軸
１２ナット部材

Claims

モータにより駆動される回転ねじ軸と、前記回転ねじ軸に螺合しかつ前記回転ねじ軸の正逆回転により相対的に軸線方向に往復変位するようにされたナット部材と、前記ナット部材の前記変位方向に伸縮するように変位自在にされたロッドとを有し、
前記ロッドが、被駆動体からの荷重を受けて変位する方向に前記ナット部材と係合し得るようにされていると共に、
前記ナット部材は、前記ロッドの前記荷重を受けて変位する方向に変位する場合に、前記ロッドが停止している場合には前記ロッドから離脱して変位可能にされていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
前記ナット部材が前記ロッド内で軸線方向変位可能に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。
前記ロッドが、前記ナット部材に嵌装される筒状に形成され、
前記ロッドの内周面と前記ナット部材の外周面との間に、前記ナット部材を回り止めしつつ前記軸線方向変位を可能にするガイド手段が設けら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。