JP4981627B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

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。

このような医療・介護用ベッドにおいては、ＣＰＲ機構と呼ばれるものが装備される場合がある。ＣＰＲ機構とは、心肺蘇生施術等の緊急時にベッドをフラットにする機構である。
ＣＰＲ機構は、どのような状況下であっても素早い確実な作動が要求され、他方、通常のベッドの使用時におけるリニアアクチュエータの作動に対しては制約を及ぼさないことが要求される。
このようなＣＰＲ機構を備えた介護用ベッドとしては、背もたれ板の裏面に設けられた操作レバーと、リニアアクチュエータの逆転防止機構部の作動を解除するための解除レバーとがケーブルによって連結されており、操作レバーを把持して背もたれ板を一旦持ち上げて逆転防止機構部に作用している負荷を除去することにより、解除レバーを簡単に解除方向に回転させることができるように構成されているものがある（特許文献１参照）。
また、ＣＰＲ機構を備えたリニアアクチュエータとしては、ワンウエイクラッチの操作扞を操作レバーによって押動することにより、ワンウエイクラッチの連結を強制的に解除するように構成されているものがある（特許文献２参照）。
特開２００３−５２７６２号公報 特開２０００−２５３６１８号公報

しかしながら、ＣＰＲ機構の操作時にモータも同時に作動する制御となっている介護用ベッドおよびリニアアクチュエータにおいては、ワンウエイクラッチにフリクションが発生してしまう状況となっているために、ＣＰＲ機構を作動させた時に、下限まで下げずに中間位置で停止させようとした場合には、スプラインで移動させる部品が動かずに、クラッチが再結合しない状況が発生してしまうという問題点がある。

本発明の目的は、途中で停止可能なＣＰＲ機構を備えた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）雄ねじ部を有するシャフトを回転自在に支承したハウジングと、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雌ねじ部材と、この雌ねじ部材に固定されて前記ハウジングに対して進退する移動筒と、前記シャフトにモータの回転を伝達する入力軸と、この入力軸と前記シャフトとの連結および解除を実行するクラッチと、を備えており、
前記クラッチは、
前記ハウジングの外周に前記入力軸の軸方向に摺動自在に支持されたスライダと、
前記ハウジングの外周に中間部を回動自在に枢支されて一端が前記スライダに係合されたレバーと、
このレバーの他端部に回動自在に一端部が連結されたリンクと、
このリンクの他端部に突設された作動ピンと、
前記作動ピンによって作動され、前記入力軸と前記シャフトとの連結および解除を実行する作動リングと、を備えている、
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
（２）前記スライダに前記モータをＯＮ・ＯＦＦさせるスイッチが設置されていることを特徴とする（１）のリニアアクチュエータ。
（３）前記入力軸には前記入力軸と共に回転するインナレースが装着されており、
前記インナレースの一端面には係合雄部が形成されており、
前記シャフトの外周面には前記ハウジング内に配されたカラーが装着されており、
前記カラーの一端面には前記係合雄部と係合する係合雌部が形成されている、
ことを特徴とする（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、ＣＰＲ機構を途中で停止させた際に、クラッチを確実に再結合させることができるので、ＣＰＲ機構を途中で適正に停止させることができる。

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は、医療・介護用ベッド（以下、ベッドという。）の背部の寝床を起伏させるためのものとして構成されている。
すなわち、図２および図３に示されているように、リニアアクチュエータ１０はハウジング１１と、ハウジング１１に対して進退する移動筒１２を備えており、図１に示されているように、リニアアクチュエータ１０の固定端側であるハウジング１１がベッド１のフレーム２に枢軸３によって回転自在に枢支され、リニアアクチュエータ１０の自由端側である移動筒１２の先端が背部の寝床（以下、寝床という。）４を起伏させるためのリンク５に枢軸６によって回転自在に連結されている。
図１（ａ）に示されているように、リニアアクチュエータ１０の移動筒１２が短縮した状態で、寝床４は水平に倒伏されており、リニアアクチュエータ１０の移動筒１２が伸長すると、寝床４は図１（ｂ）に示されているように起立されるようになっている。

図２〜図５に示されているように、リニアアクチュエータ１０のハウジング１１は樹脂が使用されて略円筒形状に形成されており、図４および図５に示されているように、ハウジング１１の一端部（以下、先端部とする。）には、支持筒１３の一端部が嵌入されて支持されている。支持筒１３は外径がハウジング１１の内径と等しい丸パイプ形状に形成されている。ハウジング１１の先端開口にはプラグ１１Ａが嵌入されている。
支持筒１３の内周面には雌ねじ部材を回り止めするための回り止め部１４が一対、略全長にわたってそれぞれ敷設されており、両回り止め部１４、１４は軸方向に一定幅一定高さに延在する細長いキー形状にそれぞれ形成されている。
図４（ｂ）および図５（ｂ）に示されているように、支持筒１３の先端開口部には外周に鍔部を有する円筒形状に形成されたプラグ１５が嵌入されている。

支持筒１３の筒心上にはシャフト１６が軸架されている。シャフト１６の支持筒１３に対応する領域の外周には送り用の雄ねじ部１７が形成されており、雄ねじ部１７には雌ねじ部１８が螺合された雌ねじ部材としてのナット１９が進退自在に装着されている。
ナット１９の基端部の外周部には、キー溝形状に形成された回り止め部２０が一対それぞれ形成されており、両回り止め部２０、２０は支持筒１３の内周面の一対の回り止め部１４、１４に軸方向に摺動自在にそれぞれ嵌合されている。したがって、ナット１９は支持筒１３に回り止め部１４、２０によって回り止めされた状態で、軸方向に摺動するようになっている。

シャフト１６の外周におけるナット１９の先端側の片脇には、スライダ２１が摺動自在に嵌入されており、スライダ２１の基端面はナット１９の先端面に突合自在になっている。すなわち、スライダ２１はナット１９の進退に対応して原則的に追従するようになっている。
スライダ２１の基端部の外周部には、キー溝形状に形成された回り止め部２２が一対それぞれ形成されており、両回り止め部２２、２２は支持筒１３の内周面の一対の回り止め部１４、１４に軸方向に摺動自在にそれぞれ嵌合されている。したがって、スライダ２１は支持筒１３に回り止め部１４、２２によって回り止めされた状態で、軸方向に摺動するようになっている。
スライダ２１の先端部の外周には移動筒１２の基端部が嵌入されており、移動筒１２はスライダ２１に固定部２３によって固定されている。移動筒１２は支持筒１３よりも長い丸パイプ形状に形成されている。
移動筒１２の先端部は支持筒１３に嵌着されたプラグ１５から先方に突き出されており、移動筒１２の中間部はプラグ１５によって摺動自在に支承された状態になっている。

図４（ｂ）および図５（ｂ）に示されているように、移動筒１２の先端部には、移動筒１２をベッド１のリンク５に連結するための連結具２５の基端部２６が嵌入されており、連結具２５は移動筒１２の先端開口部に形成されたかしめ部２４によって移動筒１２に固定されている。
連結具２５の先端部には取付孔２７が開設されており、枢軸６が取付孔２７に挿入されることにより、移動筒１２がリンク５に連結されるようになっている。

図２〜図６に示されているように、ハウジング１１の基端側の端面にはサブハウジング３０が当接されている。サブハウジング３０は外径がハウジング１１の外径と同一でハウジング１１と反対側の端面が開口した大略四角形筒形状に形成されており、その開口部にはハウジング１１をベッド１のフレーム２に連結するための連結具３２の閉塞部３３が被せられている。サブハウジング３０および連結具３２の閉塞部３３はハウジング１１に、複数本のビス２９によって一緒に締結されている。
連結具３２の外側端面にはブラケット３４が突設されており、ブラケット３４には取付孔３５が開設されている。枢軸３が取付孔３５に挿入されることにより、リニアアクチュエータ１０の基端部がフレーム２に連結されるようになっている。

図３、図５（ａ）および図６に示されているように、サブハウジング３０における開口部３１と直角の位置にはモータ装着部３６が突設されており、モータ装着部３６にはモータ４０が、回転軸４１がサブハウジング３０の中心線方向と直交するように配されて装着されている。モータ４０の回転軸４１の一端部はサブハウジン３０の内部に挿入されて おり、回転軸４１の中間部はモータ装着部３６に設置された玉軸受３７によって回転自在に支承されている。

回転軸４１のサブハウジング３０内の挿入部分の外周には、互いに反対向きの捩れを有する一対のウオーム（以下、右捩れウオームおよび左捩れウオームということがある。）４２、４３がそれぞれ一体的に形成されている。サブハウジング３０の両ウオーム４２、４３にそれぞれ対向する位置であって回転軸４１の互いに反対側の位置には、一対の支持軸４４、４５がサブハウジング３０の中心線方向と平行にそれぞれ植設されている。
両支持軸４４、４５には一対のウオームホイール４６、４７がそれぞれ嵌合されて回転自在に支承されており、両ウオームホイール４６、４７は右捩れウオーム４２および左捩れウオーム４３にそれぞれ噛合されている。両ウオームホイール４６、４７には中間ギヤ４８、４９が軸芯合わせされて一体的にそれぞれ連設されており、両中間ギヤ４８、４９は同一の駆動ギヤ５０にそれぞれ噛合されている。

図５（ａ）に示されているように、駆動ギヤ５０はサブハウジング３０からハウジング１１にわたって軸架されたサブシャフト５２に滑りキー結合されることにより、軸方向に摺動自在で一体的に回転するように結合されている。
すなわち、サブハウジング３０にはサブシャフト５２がシャフト１６の延長線上に配されて回転自在に支承されており、駆動ギヤ５０はサブハウジング３０内においてサブシャフト５２の一端部の外周に嵌合されている。駆動ギヤ５０の一端面にはキー溝５１ａが没設され、サブシャフト５２にはキー５１ｂが植設されており、キー溝５１ａとキー５１ｂとが滑りキー結合されている。
このように駆動ギヤ５０をサブシャフト５２に軸方向に摺動自在で一体的に回転するように結合することにより、サブシャフト５２に加わる軸方向（スラスト方向）の荷重（力）が駆動ギヤ５０に伝達されるのを防止することができる。
但し、駆動ギヤ５０はサブシャフト５２に一体成形してもよい。

図４（ａ）および図５（ａ）に示されているように、ハウジング１１のサブハウジング３０に隣接する部分には軸受設置部５３が形成されており、軸受設置部５３には深溝玉軸受５４が設置されている。深溝玉軸受５４のインナレースはシャフト１６の基端部の外周にカラー５５を介して嵌合されており、シャフト１６の基端部は深溝玉軸受５４によって回転自在に支承されている。
深溝玉軸受５４はシャフト１６のラジアル荷重だけでなくシャフト１６のスラスト荷重も支承し得るようにサイズが大きめに設定されており、軸受設置部５３は深溝玉軸受５４のアウタレースの外周面を摺動させる構造に構成されている。
このようにシャフト１６を回転自在に支承するラジアル転がり軸受をサイズが大きめの深溝玉軸受５４によって構成し、外周面で摺動し得るように設定することにより、シャフト１６のスラスト荷重を支承するスラスト軸受を省略することができる。

ハウジング１１における軸受設置部５３に隣接する部位には、ワンウエイクラッチ設置部５６が軸受設置部５３と連続して形成されており、ワンウエイクラッチ設置部５６にはワンウエイクラッチ５７が設置されている。
ワンウエイクラッチ５７は、互いに対になるアウタレース５８およびインナレース５９と、アウタレース５８とインナレース５９との間に転動自在に挟設された複数本のローラ６０とを備えており、ローラ６０がアウタレース５８の内周面とインナレース５９の外周面とに楔状に噛合することにより、シャフト１６の一方向の回転時にアウタレース５８とシャフト１６とを連結するように構成されている。
ワンウエイクラッチ５７のアウタレース５８は深溝玉軸受５４のアウタレースのみに接している。

ハウジング１１におけるサブハウジング３０と隣接する部位には、ブレーキプレート設置部６１が形成されており、ブレーキプレート設置部６１にはベースプレート６２が設置されている。
ベースプレート６２は略円形リング形状に形成されており、サブシャフト５２の外周に嵌合されている。ベースプレート６２はサブハウジング３０側の端面に突設された一対の係合部がサブハウジング３０の対向面の係合穴にそれぞれ係合されることにより、回り止めされている。
ブレーキプレート６３はベースプレート６２よりも小径の略円形リング形状に形成されている。ブレーキプレート６３はワンウエイクラッチ５７のアウタレース５８に回り止めされて嵌合されており、ブレーキプレート６３とベースプレート６２との合わせ面によって制動面が構成されている。

本実施の形態においては、シャフト１６にモータ４０の回転を伝達する入力軸としてのサブシャフト５２とシャフト１６との間にはＣＰＲ機構６５が介設されている。ＣＰＲ機構６５は通常のベッド１の使用時にはシャフト１６とサブシャフト５２とを連結しておき、心肺蘇生術を施す時等の緊急時にはシャフト１６とサブシャフト５２との連結を解除するクラッチとして構成されている。

図１２および図１３に示されているように、ＣＰＲ機構６５は操作部材としてのスライダ６６を備えている。スライダ６６は横長の略直方体形状に形成されており、ガイド孔６７が略全長にわたって開設されている。ハウジング１１の外周面には一対のガイド６８、６８が軸方向で並ぶように配置されてそれぞれ直角に突設されており、一対のガイド６８、６８はガイド孔６７に摺動自在に嵌入されている。したがって、スライダ６６は一対のガイド６８、６８によって軸方向に摺動自在に支持されている。
スライダ６６の一端部には一対の係止穴６６ａ、６６ａが没設されており、一対の係止穴６６ａ、６６ａには一対のコントロールワイヤ６９、６９の一端部がそれぞれ係止されている（図１３参照）。一対のコントロールワイヤ６９、６９の他端はベッド１の左右両側にそれぞれ配線され、ベッド１の左右に設置された操作レバー（図示せず）にそれぞれ係止される。つまり、スライダ６６はベッド１の左右のいずれの側からも操作されるようになっている。
図１２〜図１５に示されているように、ＣＰＲ機構６５は一対のレバー１０１、１０１を備えており、一対のレバー１０１、１０１はスライダ６６を挟んで互いに対称形に配置されている。両レバー１０１、１０１はハウジング１１に互いに対称形に突設された一対の枢軸１０２、１０２によってそれぞれ回動自在に枢支されており、抜け止めピン１０３、１０３によってそれぞれ抜け止めされている。
一対のレバー１０１、１０１の一方の自由端部は互いに近接して対向されており、両自由端部は移動ピン１０４の両端部にそれぞれ回動自在に嵌合されている。移動ピン１０４はスライダ６６の一端に形成されたＵ字形状の係合部６６ｂに余裕をもって係合している。スライダ６６はハウジング１１に反力をとったスプリング７０（図１５参照）によって移動ピン１０４を押すように付勢されている。
レバー１０１の他方の自由端部にはピン１０５によってリンク１０６の一端部が回動自在に連結されている。リンク１０６の他端部には作動ピン１０７が直角に突設されており、作動ピン１０７はガイド孔７１に挿入されている。

ハウジング１１の側壁には長円形孔形状のガイド孔７１が一対、周方向に互いに１８０度離れた位置においてハウジング１１の軸心と平行に延在するように開設されている。
各ガイド孔７１が開設されたハウジング１１外周面には、各ガイドリング１０８が各パッキング１０９を挟んでそれぞれ固定されている。ガイドリング１０８およびパッキング１０９はガイド孔７１よりも若干大きめの長円形リング形状に形成されている。ガイドリング１０８内にはリンク１０６が摺動自在に嵌入されており、作動ピン１０７はガイド孔７１に挿入されている。作動ピン１０７はリンク１０６のガイドリング１０８内における移動に伴って、ガイド孔７１内を軸方向に移動するようになっている。
なお、スライダ６６はスライダカバー１１０Ａによって被覆されており、レバー１０１はレバーカバー１１０Ｂによって被覆されている。

ハウジング１１のワンウエイクラッチ設置部５６内には、ＣＰＲ機構６５のクラッチのスリーブを兼用したインナレース５９に作動力を伝達するための作動リング７２が設置されており、作動リング７２はワンウエイクラッチ５７のアウタレース５８の外周に摺動自在に嵌合されている。
作動リング７２の外周面には環状溝７３が没設されており、環状溝７３には一対の作動ピン１０７、１０７の先端部が、ガイド孔７１を挿通してそれぞれ挿入されている。作動リング７２はリンク１０６の移動に伴う作動ピン１０７の軸方向への移動により、軸方向へ移動されるようになっている。
アウタレース５８の外周におけるサブハウジング３０側の端部には、スプリングシート７４が嵌着されており、スプリングシート７４と作動リング７２のサブハウジング３０側の端面との間には、リターンスプリング７５が圧縮状態で介設されている。リターンスプリング７５は作動リング７２をサブハウジング３０と反対側の方向に常時付勢するようになっている。

作動リング７２におけるワンウエイクラッチ５７のローラ６０と干渉しない位置には、ＣＰＲ機構６５のクラッチの係合ピンである一対の係合ピン７６、７６が径方向内向きにそれぞれ突設されており、両係合ピン７６、７６はアウタレース５８にローラ６０に干渉しないように開設された一対の挿通孔７７、７７にそれぞれ挿通されている。
ワンウエイクラッチ５７のインナレース５９の外周面には環状溝７８が没設されており、環状溝７８には挿通孔７７に挿通された一対の係合ピン７６、７６の先端部がそれぞれ挿入されている。インナレース５９はスライダ６６に追従した作動リング７２の軸方向への移動により係合ピン７６、７６および環状溝７８を介して軸方向へ移動されるようになっている。
アウタレース５８の内周におけるサブハウジング３０側の端部には、スプリングシート７９が嵌着されており、スプリングシート７９とインナレース５９のサブハウジング３０側の端面との間には、リターンスプリング８０が圧縮状態で介設されている。リターンスプリング８０はインナレース５９をサブハウジング３０と反対側の方向に常時付勢するようになっている。

インナレース５９の内周にはサブシャフト５２とシャフト１６とが両端から嵌入されており、サブシャフト５２はスプライン結合されている。すなわち、インナレース５９の内周には雌スプライン８１ａが形成され、サブシャフト５２の外周には雄スプライン８１ｂが形成されており、雌スプライン８１ａと雄スプライン８１ｂとが軸方向に摺動自在に嵌合されている。つまり、インナレース５９はサブシャフト５２に回り止めされた状態で、軸方向へ摺動し得るようになっており、シャフト１６に対しては周方向へも軸方向へも摺動自在になっている。

インナレース５９のシャフト１６側の端面には、同一形状の３個の係合雄部８２、８２、８２がそれぞれ形成されており、３個の係合雄部８２、８２、８２は周方向に等間隔すなわち互いに１２０度離間した位置に配置されている。
３個の係合雄部８２、８２、８２は、シャフト１６にピン８４によって固定されたカラー５５のサブシャフト５２側の端面に形成された３個の係合雌部８３、８３、８３にそれぞれ係合および係合解除するように構成されている。３個の係合雌部８３、８３、８３も互いに同一形状に形成されており、周方向に等間隔すなわち互いに１２０度離間した位置に配置されている。
係合雄部８２の周方向の長さは、係合雌部８３の周方向の長さよりも短く設定されている。
係合雄部８２の周方向の長さをＬ１、係合雌部８３の周方向の長さをＬ２とすると、係合雄部８２の周方向の長さと係合雌部８３の周方向の長さとは次式を満足するように設定することが好ましい。
Ｌ１／Ｌ２≦１／２
インナレース５９がリターンスプリング８０によって押し戻されている通常の状態においては、３個の係合雄部８２、８２、８２は３個の係合雌部８３、８３、８３にサブシャフト５２側からそれぞれ進入して係合した状態になっており、インナレース５９がスライダ６６に追従した作動リング７２の軸方向への移動によって軸方向へ移動された時には、３個の係合雄部８２、８２、８２は３個の係合雌部８３、８３、８３からサブシャフト５２側へ離脱して係合を解除するようになっている。
つまり、インナレース５９は入力軸としてのサブシャフト５２とシャフト１６との連結および解除を実行するクラッチを構成している。

以上のように構成されたＣＰＲ機構６５においては、心肺蘇生施術時に緊急にベッドをフラットにする際に、ベッド１の左右のいずれかのコントロールワイヤ６９が引っ張られると、スライダ６６が摺動されることにより、レバー１０１が回動されるため、作動ピン１０７がガイド孔７１を移動する。これにより、作動リング７２がリターンスプリング７５の付勢力に抗してサブハウジング３０の方向に移動される。この作動リング７２の移動により、インナレース５９がサブハウジング３０の方向に移動される。このインナレース５９の移動により、各係合雄部８２が各係合雌部８３との係合を解除するために、サブシャフト５２とシャフト１６との連結を迅速に解除することができる。
サブシャフト５２との連結解除により、シャフト１６は自由に回転可能な状態になるために、ベッド１の寝床４は緊急に倒れることが可能な状態になる。

図４（ａ）、図５（ａ）および図９に示されているように、ハウジング１１における深溝玉軸受５４のワンウエイクラッチ設置部５６と反対側の片脇には、ポテンショセンサ設置部８５が構成されている。ポテンショセンサ設置部８５におけるシャフト１６の外周にはウオームホイール８６が一体回転するように嵌合されている。
ハウジング１１の内部におけるポテンショセンサ設置部８５には、ウオーム軸８８がシャフト１６の軸方向と直交する方向に配置されて、滑り軸受８７によって回転自在に支持されている。ウオーム軸８８の両端部には第一ウオーム８９と第二ウオーム９０とがそれぞれ刻設されており、第一ウオーム８９はウオームホイール８６に噛合されている。
ハウジング１１の外部におけるポテンショセンサ設置部８５にはポテンショセンサ９１が、ポテンショセンサ９１のセンサ軸９２がウオーム軸８８およびシャフト１６に直交する方向になるように設置されている。センサ軸９２にはドリブンギヤ９３が一体回転するように固定されている。
ポテンショセンサ設置部８５におけるポテンショセンサ９１の片脇には、リダクションギヤ軸９４が平行に軸架されており、リダクションギヤ軸９４には互いに一体的に回転する大径リダクションギヤ９５および小径リダクションギヤ９６が回転自在に支承されている。小径リダクションギヤ９６にはドリブンギヤ９３が噛合されており、大径リダクションギヤ９５には第二ウオーム９０が噛合されている。
したがって、シャフト１６の回転はウオームホイール８６、第一ウオーム８９、第二ウオーム９０、大径リダクションギヤ９５、小径リダクションギヤ９６、ドリブンギヤ９３を経由してセンサ軸９２に伝達される。
ポテンショセンサ９１はセンサ軸９２の回転量を直線運動に変換して、電圧の大きさに変換するように構成されている。

次に、作用および効果を説明する。
予め、リニアアクチュエータ１０はベッド１に図１に示されているように組み付けられる。すなわち、枢軸３がベッド１のフレーム２に挿通されてリニアアクチュエータ１０の連結具３２に挿通されることにより、リニアアクチュエータ１０は枢軸３によってベッド１のフレーム２に回転自在に枢支され、寝床４側の枢軸６がリニアアクチュエータ１０の移動筒１２側の連結具２５に挿通されることにより、リニアアクチュエータ１０は寝床４に枢軸６によって回転自在に連結される。

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４を起立させるべく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４０が正方向に回転運転されると、回転軸４１の駆動力が一対のウオーム４２、４３、ウオームホイール４６、４７、中間ギヤ４８、４９および駆動ギヤ５０を介してサブシャフト５２に伝達される。サブシャフト５２の正回転はインナレース５９の係合雄部８２およびシャフト１６の係合雌部８３を介してシャフト１６に伝達される。
このシャフト１６の正回転時にはワンウエイクラッチ５７とシャフト１６との連結が解除されるために、シャフト１６のみが正回転する。この際には、ワンウエイクラッチ５７のアウタレース５８に嵌合されたブレーキプレート６３とベースプレート６２との間の制動力は、起こらない。
ここで、モータ４０の回転軸４１の駆動力がサブシャフト５２すなわちシャフト１６に伝達される際に、回転軸４１のトルクが一対のウオームホイール４６、４７に二分されるので、一対のウオームホイール４６、４７の外径を小さく設定することができる。
ウオームホイールの外径を小さく設定することにより、リニアアクチュエータ１０を小型化することができる。
例えば、１００００Ｎのリニアアクチュエータの設計において、従来はリニアアクチュエータの外径が直径１１０ｍｍになるところ、本実施の形態に係るリニアアクチュエータにおいては、直径９０ｍｍに小型化することができた。

シャフト１６がモータ４０によって正回転されると、ナット１９は支持筒１３に沿って前進される状態になるために、ナット１９に連結された移動筒１２は支持筒１３から押し出されて行く。この際、ナット１９は樹脂製の支持筒１３の回り止め部１４に沿って摺動する。
なお、回り止め機構はリニアアクチュエータ１０がベッド１に取り付けられていない時に移動筒１２が回ってしまい、ポテンショセンサ９１と移動筒１２との位置関係に狂いが出てしまうのを防止するためのものであり、リニアアクチュエータ１０がベッド１に取り付いてしまうと、移動筒１２がベッド１に固定された状態になるので、不要になる。

移動筒１２の前進によって移動筒１２の連結具２５に連結されたベッド１の寝床４が、図１（ｂ）に示されているように起立されて行く。

他方、シャフト１６の正回転は第一ウオーム８９、第二ウオーム９０、大径リダクションギヤ９５、小径リダクションギヤ９６、ドリブンギヤ９３を経由してセンサ軸９２に減速されて伝達される。センサ軸９２の回転数はポテンショセンサ９１によって電圧値に変換されて、ベッド１の作動を制御するコントローラ（図示せず）に送信される。
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、コントローラはモータ４０を自動的に止める。
ここで、シャフト１６の回転をポテンショセンサ９１のセンサ軸９２に伝達するのに、ウオームホイール８６およびウオーム軸８８すなわちウオーム歯車減速装置を使用しているので、ポテンショセンサ９１をシャフト１６から離れた位置に配置することができ、ポテンショセンサ９１の設置場所の自由度を高めることができる。
また、ウオーム歯車減速装置を使用することにより、減速比を大きく設定することができるので、大径リダクションギヤ９５、小径リダクションギヤ９６、ドリブンギヤ９３の減速比を大きく設定しなくても済む。
なお、ウオーム軸８８の第二ウオーム９０は大径リダクションギヤ９５や中間ギヤ等に置き換えてもよい。

モータ４０の運転が停止されると、ベッド１の寝床４の荷重（患者の体重等）がナット１９へ、ナット１９を後退させる方向の力として移動筒１２を介して作用する状態になるために、シャフト１６には移動筒１２すなわち負荷側から逆回転させようとする負荷側逆回転作用力が、ナット１９の雌ねじ部１８およびシャフト１６の送り用雄ねじ部１７の作用によって加わる。
この負荷側逆回転作用力はアウタレース５８とシャフト１６とを連結させるように作用するために、ワンウエイクラッチ５７のアウタレース５８に嵌合されたブレーキプレート６３とベースプレート６２との合わせ面によって制動面が形成され、シャフト１６は逆回転を阻止される。したがって、リニアアクチュエータ１０は寝床４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４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４０が逆方向に回転運転されると、回転軸４１の逆回転駆動力は一対のウオーム４２、４３、ウオームホイール４６、４７、中間ギヤ４８、４９および駆動ギヤ５０を介してサブシャフト５２に伝達される。サブシャフト５２の逆回転はインナレース５９の係合雄部８２およびシャフト１６の係合雌部８３を介してシャフト１６に伝達される。
シャフト１６がモータ４０によって逆回転されると、ナット１９は支持筒１３に沿って後退される状態になるために、ナット１９に連結された移動筒１２は支持筒１３に引き込まれて行く。移動筒１２の後退によって移動筒１２の連結具２５に連結されたベッド１の寝床４が倒されて行く。
この際にはシャフト１６が逆回転するために、ワンウエイクラッチ５７のアウタレース５８とインナレース５９とはローラ６０によって連結した状態になるが、ブレーキプレート６３とアウタレース５８との間の制動力は、モータ４０のシャフト１６に対する駆動力よりも小さく設定されているので、ワンウエイクラッチ５７はハウジング１１に対して空回りすることにより、シャフト１６のハウジング１１に対する逆回転を許容する。
つまり、シャフト１６がハウジング１１に対して逆回転することにより、ナット１９を支持筒１３に沿って後退させるので、ナット１９に連結された移動筒１２を支持筒１３に引き込み、移動筒１２の連結具２５に連結されたベッド１の寝床４を倒して行く。

他方、シャフト１６の逆回転は第一ウオーム８９、第二ウオーム９０、大径リダクションギヤ９５、小径リダクションギヤ９６、ドリブンギヤ９３を経由してセンサ軸９２に減速されて伝達される。センサ軸９２の回転数はポテンショセンサ９１によって電圧値に変換されて、ベッド１の作動を制御するコントローラ（図示せず）に送信される。
所定の下限位置に対応するポテンショ電圧を検出すると、コントローラはモータ４０を自動的に止める。

モータ４０の運転が停止されると、寝床４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ことにより、移動筒１２にはナット１９に後退させる方向の力が作用する状態にならないために、負荷側逆回転作用力がシャフト１６に作用することはない。
但し、寝床４が倒伏した状態で、負荷側逆回転力がシャフト１６に常に加わったとしても、シャフト１６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。

次に、ＣＰＲ機構６５の緊急時の作動を、図１０に即して説明する。
心肺蘇生術の実施等の緊急時に、図１（ｂ）に示されているように、寝床４が起立された状態から寝床４を迅速にフラットにさせる際に、ベッド１の左右のいずれかのコントロールワイヤ６９が操作レバーへの操作によって引っ張られると、図１０（ａ）に示されているように、作動ピン１０７がガイド孔７１内を移動される。
作動ピン１０７が移動されると、図１０（ｂ）に示されているように、作動リング７２がリターンスプリング７５の付勢力に抗してサブハウジング３０の方向に移動され、この作動リング７２の移動によってインナレース５９がサブハウジング３０の方向に移動される。
このインナレース５９の移動によって各係合雄部８２が各係合雌部８３から離脱することにより、各係合雌部８３との係合を解除するために、サブシャフト５２とシャフト１６との連結は解除した状態になる。
このシャフト１６とサブシャフト５２との連結解除により、シャフト１６はインナレース５９の内周で回転自由な状態になる。
この状態において、ベッド１の寝床４の荷重（患者の体重等）がナット１９へ、ナット１９を後退させる方向の力として移動筒１２を介して作用する状態になるために、シャフト１６には移動筒１２すなわち負荷側から逆回転させようとする負荷側逆回転作用力が、ナット１９の雌ねじ部１８およびシャフト１６の送り用雄ねじ部１７の作用によって加わっている。
この負荷側逆回転作用力により、シャフト１６はインナレース５９の内周で逆回転されるために、寝床４は自重によって倒れることができる。

ところで、ＣＰＲ機構６５の操作レバーが引かれると、寝床４は直ちに下降するが、操作レバーが途中で離されると、その位置で直ちに停止する必要がある。すなわち、ＣＰＲ機構６５は操作レバーが離されると、自動的に元の状態に復帰し、ベッドの通常の起伏作動を確保することができる状態に復帰する必要がある。
本実施の形態においては、サブシャフト５２側のインナレース５９とシャフト１６側のカラー５５との連結および解除の制御が、３個の係合雄部８２と３個の係合雌部８３とによって実行されるために、ＣＰＲ機構６５の操作レバーが途中で離された場合であっても、確実に元の状態に戻ることができる。

次に、係合雄部と係合雌部の係合および係合解除の作動を図１１によって説明する。
ベッドの通常の起伏作動時においては、インナレース５９の係合雄部８２とカラー５５の係合雌部８３とは、図１１（ａ）に示されているように係合している。
図１１（ａ）において、実線矢印Ａ１はベッド上昇作動時のインナレース５９の回転方向を示しており、破線矢印Ａ２は負荷側逆転作用力の方向を示している。
ＣＰＲ機構６５の操作レバーが引かれると、図１１（ｂ）に矢印Ａ３で示された方向にインナレース５９がＣＰＲ機構６５によって移動されることにより、係合雄部８２は係合雌部８３との係合を解除するために、カラー５５すなわちシャフト１６は負荷側逆転作用力の矢印Ａ２の方向に回転する。
寝床４が下限に達する前の途中で、ＣＰＲ機構６５の操作レバーが離されると、図１１（ｃ）に矢印Ａ４で示された方向にインナレース５９がＣＰＲ機構６５によって移動されるために、係合雄部８２は係合雌部８３と係合する元の位置に戻る。
このとき、図１１（ｃ）に示されているように、係合雄部８２が隣り合う係合雌部８３、８３の隔壁部８３ａと突き当たる可能性が極僅かであるが有る。
本実施の形態においては、万一、係合雄部８２が隔壁部８３ａと突き当たったとしても、係合雄部８２の周方向の長さが係合雌部８３の周方向の長さよりも短く設定されており、かつ、カラー５５は負荷側逆転作用力によって矢印Ａ２の方向に高速度で回転されているために、図１１（ｄ）示されているように、係合雄部８２は係合雌部８３に相対的に落ち込むことにより、係合雄部８２は係合雌部８３と係合する元の位置に確実に戻る。

以上の作動により、ＣＰＲ機構６５の操作レバーが途中で離された場合であっても、３個の係合雄部８２と３個の係合雌部８３との再係合は確保することができる。
ところが、ＣＰＲ機構６５の操作レバーが途中で離された場合において、モータ４０が運転されていると、サブシャフト５２の雄スプライン８１ｂとインナレース５９の雌スプライン８１ａとの間にフリクションが発生する状況になることにより、インナレース５９が図１１（ｃ）の矢印Ａ４方向に移動することができないために、係合雄部８２が係合雌部８３に係合しない場合が起こる。

このため、図１２、図１３、図１５に示されているように、本実施の形態に係るＣＰＲ機構６５にはモータ停止機構１１１が設けられている。
モータ停止機構１１１は、モータ４０の運転および停止を制御するスイッチ１１２を備えている。スイッチ１１２はスライダ６６と一緒に移動するように設置されており、スイッチ１１２の検出子１１３はハウジング１１に配置された被検出部１１４に接触するようになっている。

次に、モータ停止機構１１１の作動を図１５により説明する。
ＣＰＲ機構６５の操作レバーが操作されてスライダ６６が移動すると、図１５（ｂ）に示されているように、スライダ６６がスプリング７０の付勢力に抗する方向に移動するために、検出子１１３が被検出部１１４を検出することにより、スイッチ１１２がＯＮする。
スイッチ１１２がオンした状態で、ＣＰＲ機構６５の操作レバーが途中で離されると、スライダ６６が元の方向に移動するために、図１５（ｃ）に示されているように、レバー１０１が回動する。このとき、スライダ６６はレバー１０１の移動ピン１０４に押接するようにスプリング７０によって常時付勢されていることにより、元の方向に移動するために、スイッチ１１２も元の方向に移動しＯＦＦする。

このスイッチ１１２のＯＦＦにより、モータ４０の運転は自動的に停止されるので、ＣＰＲ機構６５の操作レバーが途中で離された場合において、サブシャフト５２の雄スプライン８１ｂとインナレース５９の雌スプライン８１ａとの間にフリクションが発生する状況を回避することができる。
したがって、インナレース５９が図１１（ｃ）の矢印Ａ４方向に移動することができるために、係合雄部８２が係合雌部８３に再係合する。

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) モータの回転が伝達されるサブシャフト５２と移動筒１２を進退させるためのナット１９が螺合されたシャフト１６との間にサブシャフト５２とシャフト１６との連結および解除を実行するクラッチ（ＣＰＲ機構）を介設することにより、ベッドの通常の使用時にはクラッチの連結によってモータの駆動力を移動筒１２に確実に伝達することができるので、リニアアクチュエータの正常な作動を確保することができ、通常のベッドの使用を実現することができる。

2) 心肺蘇生術の実施等の緊急時にはクラッチ（ＣＰＲ機構）の連結を解除させることにより、シャフト１６を回転自由な状態に迅速に移行させることができるので、ベッド１の寝床４を自重によって迅速に倒すことができる。

3) ＣＰＲ機構６５の操作レバーが途中で離された時に、モータ４０を停止させるモータ停止機構１１１を設けることにより、サブシャフト５２側の雄スプライン８１ｂとインナレース５９の雌スプライン８１ａとの間にフリクションが発生する状況を防止することができるので、ＣＰＲ機構６５の操作レバーが途中で離された場合であっても、サブシャフト５２側の係合雄部８２をシャフト１６側の係合雌部８３と係合する元の位置に確実に戻すことができる。

4) ＣＰＲ機構６５の操作レバーが途中で離された場合であっても、係合雄部８２を係合雌部８３と係合する元の位置に確実に戻すことができるので、ベッドの寝床４を操作レバーの解除によって指定された位置に直ちに、かつ、適正に急停止させることができる。

5) モータ停止機構１１１をコントロールワイヤ６９の進退を検出するスライダ６６と、スライダ６６に設置されモータをＯＮ・０ＦＦさせるスイッチとによって構成することにより、モータ停止機構を簡単に構成することができる。

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。

前記実施の形態では、ベッドの背部の寝床を起伏させる場合について説明したが、本発明に係るリニアアクチュエータは、ベッドの床面を上下させるように構成してもよい。
床面を上下させるように構成した場合には、緊急時に床面を直ちに下降させることができるという効果を奏することができる。

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正面図であり、（ａ）は倒伏状態を、（ｂ）は起立状態を示している。 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正面図である。 平面図である。 基端部を示す正面断面図である。 先端部を示す正面断面図である。 基端部を示す平面断面図である。 先端部を示す平面断面図である。 図４（ａ）のVI−VI線に沿う側面断面図である。 （ａ）は図４（ａ）のＶIIａ−ＶIIａ線に沿う側面断面図、（ｂ）は図４（ａ）のＶIIｂ−ＶIIｂ線に沿う側面断面図である。 ＣＲＰ機構を示す一部省略分解斜視図である。 （ａ）は図４（ａ）のIXａ−IXａ線に沿う側面断面図、（ｂ）は図３のIXｂ−IXｂ線に沿う一部切断矢視図である。 ＣＰＲ機構の緊急時の作動を示しており、図４（ａ）に相当する正面断面図である。 係合雄部と係合雌部の係合および係合解除の作動を説明するための各展開図である。 ＣＰＲ機構およびモータ停止機構を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は一部切断平面図である。 ＣＰＲ機構およびモータ停止機構を平面側から見た分解斜視図である。 ＣＰＲ機構を平面側から見た分解斜視図である。 モータ停止機構の作用を示す各模式図であり、（ａ）は通常の状態、（ｂ）はスイッチＯＮ状態、（ｃ）はスイッチを自動的にＯＦＦさせた状態、をそれぞれ示している。

符号の説明

１…ベッド（医療・介護用ベッド）、２…フレーム、３…枢軸、４…寝床、５…リンク、６…枢軸、
１０…リニアアクチュエータ、１１…ハウジング、１２…移動筒、１３…支持筒、１４…回り止め部、１５…プラグ、１６…シャフト、１７…雄ねじ部、１８…雌ねじ部、１９…ナット（雌ねじ部材）、２０…回り止め部、２１…スライダ、２２…回り止め部、２３…固定部、２４…かしめ部、
２５…連結具、２６…基端部、２７…取付孔、
２９…ビス、３０…サブハウジング、３１…開口部、３２…連結具、３３…閉塞部、３４…ブラケット、３５…取付孔、３６…モータ装着部、３７…玉軸受、
４０…モータ、４１…回転軸、４２、４３…ウオーム、４４、４５…支持軸、４６、４７…ウオームホイール、４８、４９…中間ギヤ、５０…駆動ギヤ、
５１ａ…キー溝、５１ｂ…キー、５２…サブシャフト、５３…軸受設置部、５４…深溝玉軸受（スラスト軸受兼用ラジアル転がり軸受）、５５…カラー、
５６…ワンウエイクラッチ設置部、５７…ワンウエイクラッチ、５８…アウタレース、５９…インナレース（ＣＰＲ機構のクラッチのスリーブ）、６０…ローラ、
６１…ブレーキプレート設置部、６２…ベースプレート、６３…ブレーキプレート、
６５…ＣＰＲ機構、６６…スライダ（操作部材）、６７…ガイド孔、６８…ガイド、６９…コントロールワイヤ、７０…スプリング、７１…ガイド孔、７２…作動リング、７３…環状溝、７４…スプリングシート、７５…リターンスプリング、７６…係合ピン、７７…挿通孔、７８…環状溝、７９…スプリングシート、８０…リターンスプリング、
８１ａ…雌スプライン、８１ｂ…雄スプライン、８２…係合雄部、８３…係合雌部、８３ａ…隔壁部、８４…ピン、
８５…ポテンショセンサ設置部、８６…ウオームホイール、８７…滑り軸受、８８…ウオーム軸、８９…第一ウオーム、９０…第二ウオーム、９１…ポテンショセンサ、９２…センサ軸、９３…ドリブンギヤ、９４…リダクションギヤ軸、９５…大径リダクションギヤ、９６…小径リダクションギヤ、
１０１…レバー、１０２…枢軸、１０３…抜け止めピン、１０４…移動ピン、１０５…ピン、１０６…リンク、１０７…作動ピン、１０８…ガイドリング、１０９…パッキング、１１０Ａ、１１０Ｂ…カバー、
１１１…モータ停止機構、１１２…スイッチ、１１３…検出子、１１４…被検出部。

Claims (3)

1. 雄ねじ部を有するシャフトを回転自在に支承したハウジングと、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雌ねじ部材と、この雌ねじ部材に固定されて前記ハウジングに対して進退する移動筒と、前記シャフトにモータの回転を伝達する入力軸と、この入力軸と前記シャフトとの連結および解除を実行するクラッチと、を備えており、
   前記クラッチは、
   前記ハウジングの外周に前記入力軸の軸方向に摺動自在に支持されたスライダと、
   前記ハウジングの外周に中間部を回動自在に枢支されて一端が前記スライダに係合されたレバーと、
   このレバーの他端部に回動自在に一端部が連結されたリンクと、
   このリンクの他端部に突設された作動ピンと、
   前記作動ピンによって作動され、前記入力軸と前記シャフトとの連結および解除を実行する作動リングと、を備えている、
   ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記スライダに前記モータをＯＮ・ＯＦＦさせるスイッチが設置されていることを特徴とする請求項１のリニアアクチュエータ。
3. 前記入力軸には前記入力軸と共に回転するインナレースが装着されており、
   前記インナレースの一端面には係合雄部が形成されており、
   前記シャフトの外周面には前記ハウジング内に配されたカラーが装着されており、
   前記カラーの一端面には前記係合雄部と係合する係合雌部が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアアクチュエータ。

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