(57)【要約】      （修正有）【課題】戻り速度を切り換え可能な作動ロッドの提供。【解決手段】発明に係る戻り速度切り換え可能なアクチュエータは、作動ロッド、スクリュー及びモータを含む。モータは、スクリューを回動させることで、作動ロッドをスクリューに対して軸方向に移動させる。モータは、ステータ、ロータ、複数の整流子２４及び少なくとも３つのブラシを含む。少なくとも３つのブラシは、正極ブラシ２１、負極ブラシ２２及び少なくとも１つの補助ブラシ２３を含む。正極ブラシは、直流正電圧Ｖ＋に接続される。負極ブラシ及び少なくとも１つの補助ブラシのいずれかを直流負電圧Ｖ−に接続するように調整することで、モータのロータの回転速度を変え、その結果、作動ロッドの移動速度を制御する。【選択図】図４Ｂ
2019062722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
戻り速度切り換え可能なアクチュエータであって、
作動ロッドと、
前記作動ロッドに螺着されるスクリューと、
前記スクリューを回動させ、前記スクリューに対して前記作動ロッドを軸方向に移動させるモータと、を含み、
前記モータは、
複数の永久磁極を有するステータと、
複数の巻き線を有し、前記ステータに対して回動可能なロータと、
複数の前記巻き線に対応して接続される複数の整流子と、
直流正電圧に接続される正極ブラシ、負極ブラシ及び少なくとも１つの補助ブラシを含む少なくとも３つのブラシと、を含み、
前記負極ブラシ及び前記少なくとも１つの補助ブラシのいずれかを直流負電圧に接続することで、前記モータの前記ロータの回転速度を変えて前記作動ロッドの移動速度を制御することを特徴とする戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項２】
前記スクリューに接続されるウォームホイールと、
一端が前記モータの前記ロータの回転軸に接続され、他端が前記ウォームホイールに噛合されるウォームと、をさらに含み、
前記ロータの回転軸が回動する場合、前記ウォームは前記ウォームホイールを回動させて前記スクリューに動力を伝達することにより、前記作動ロッドを前記スクリューに対して軸方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項３】
各前記少なくとも１つの補助ブラシと前記負極ブラシとの間の角度増分Ｄは、前記少なくとも１つの補助ブラシの個数Ｎ＝１の場合、Ｄ＝６０であり、Ｎ＞１の場合、Ｄ＝１８０／（Ｎ＋１）であることを特徴とする請求項２に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの補助ブラシは、前記正極ブラシ及び前記負極ブラシの位置の共通直線と同一側に設置されることを特徴とする請求項３に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項５】
多段切り換えスイッチをさらに含み、
前記多段切り換えスイッチは、前記直流負電圧に接続される共通接点と、前記負極ブラシ及び前記少なくとも１つの補助ブラシにそれぞれ接続される複数のサブ接点とを含み、
前記共通接点を複数の前記サブ接点のうち１つに接続するように切り換えることで、前記負極ブラシまたは前記少なくとも１つの補助ブラシを前記共通接点を介して前記直流負電圧に接続することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項６】
前記負極ブラシが前記直流負電圧に接続される場合、前記作動ロッドの移動速度が最も遅いことを特徴とする請求項５に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの補助ブラシのうちの、前記負極ブラシから最も離れる補助ブラシが前記直流負電圧に接続される場合、前記作動ロッドの移動速度は最も速いことを特徴とする請求項５に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの補助ブラシのうちの、前記負極ブラシと前記負極ブラシから最も離れる補助ブラシとの間に介在する１つの補助ブラシが前記直流負電圧に接続される場合、前記作動ロッドの移動速度は最も速い速度と最も遅い速度との間にあることを特徴とする請求項５に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項９】
複数の前記巻き線と複数の前記整流子との接続関係としては、対称重ね巻き方式であることを特徴とする請求項１に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項１０】
前記モータは、永久磁石直流モータであることを特徴とする請求項１に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項１１】
前記スクリューは、非セルフロック式スクリューであることを特徴とする請求項１に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項１２】
前記ステータの複数の前記永久磁極は、円周方向に沿って等間隔に設置され、
前記ロータの複数の前記巻き線は、前記ロータの鉄心の凹溝内に巻設されることを特徴とする請求項１に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関し、特に戻り速度切り換え可能なアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）は、電動ベッドや電動診察椅子、自動昇降車椅子、自動昇降パソコンデスクなどに適用される。すなわち、アクチュエータは、位置の高さまたは仰角の大きさの調整や変換が必要とされる種々の分野に応用可能である。
【０００３】
図１は、従来のアクチュエータを示す斜視図である。従来のアクチュエータ２００は、通常、作動ロッド２０２が内部を貫通される外管２０１を含む。作動ロッド２０２は中空状であり、その内部を貫通するスクリュー２０３が設けられる。また、作動ロッド２０２の一端の内側は、スクリュー２０３のスクリュー山に噛合される。アクチュエータ内には、スクリュー２０３に接続されてスクリュー２０３を軸方向に回転させるモータ２０４が設けられる。スクリュー２０３が軸方向に回転することによって、作動ロッド２０２を軸方向に移動させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アクチュエータを電動ベッドの調整に用いることを例示する。アクチュエータ２００の外管２０１の一端をベッドフレームに固定し、作動ロッド２０２をベッド面に接続する。ベッド面の傾斜角度をより正確に調整するために、操作者による手動での微調整が可能な手動調整機構がベッド面に設置されてもよい。通常、従来の手動調整機構は、作動ロッド２０２に外嵌されるスリーブにより作動ロッド２０２をスクリュー２０３に対して回転させ、これにより、作動ロッド２０２を移動させる。また、このような手動調整機構では、内部にロック機構の設置が必要となる。モータ２０４によってスクリュー２０３を回転させる場合、ロック機構は作動ロッド２０２を固定させることで、作動ロッド２０２がその軸方向に沿って回転することができなくなる。上記により、従来のアクチュエータ２００に対して手動での操作が必要となるため、不便のうえ時間と労力がかかってしまう。
【０００５】
アクチュエータ２００は作動時に大きな力を受けている。ロック機構は、非常に多くの小さい部品を含むため、アクチュエータ２００の他の部品より強度が弱くて、受力時に誤差が発生しやすくてアクチュエータ２００の作動にずれを生じる。言い換えれば、アクチュエータ２００のスクリュー２０３はモータ２０４によって電動ベッドを緩やかに上下動させる。しかしながら、緊急処置が必要な場合には、電動ベッドが医療スタッフによる緊急処置に適する寝かせる位置まで速やかに復帰することができないため、患者の救護時間に影響を与えて、最悪な事態を招く。
【０００６】
従来の快速戻りの技術案では、通常、作動ロッド２０２の一方側に快速戻り機構２０５が接続される。しかしながら、この快速戻り機構２０５の増設に伴ってアクチュエータ２００の容積が大きくなり、製品の装着距離や外観に影響を与えることになる。
【０００７】
したがって、使用タイミングによって利用者の操作を簡便化して速度の調整制御を実現するほか、緊急処置が必要な場合でも快速戻りを実現するという目的を達することは、本研究の重要な課題となっている。
【０００８】
本発明の主な目的は、使用タイミングによって速度の調整制御ができないという問題を解消する戻り速度切り換え可能なアクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る戻り速度切り換え可能なアクチュエータは、作動ロッド、スクリュー及びモータを含む。前記スクリューは、前記作動ロッドに螺着される。前記モータは、スクリューを回動させることで、前記作動ロッドを前記スクリューに対して軸方向に移動させる。前記モータは、ステータ、ロータ、複数の整流子及び少なくとも３つのブラシを含む。前記ステータは、複数の永久磁極を有する。前記ロータは、複数の巻き線を有し、前記ステータに対して回動可能である。複数の前記整流子は、複数の前記巻き線に対応して接続される。前記少なくとも３つのブラシは、正極ブラシ、負極ブラシ及び少なくとも１つの補助ブラシを含む。前記正極ブラシは、直流正電圧に接続される。前記負極ブラシ及び前記少なくとも１つの補助ブラシのいずれかを直流負電圧に接続するように調整することで、前記モータの前記ロータの回転速度を変え、その結果、前記作動ロッドの移動速度を制御する。
【００１０】
一実施形態では、戻り速度切り換え可能なアクチュエータは、ウォームホイールと、ウォームとをさらに含む。前記ウォームホイールは、前記スクリューに接続される。前記ウォームの一端は前記モータの前記ロータの回転軸に接続され、その他端は前記ウォームホイールに噛合される。前記ロータの回転軸が回動する場合、前記ウォームは前記ウォームホイールを回動させて前記スクリューに動力を伝達することにより、前記作動ロッドを前記スクリューに対して軸方向に移動させる。
【００１１】
一実施形態では、各前記少なくとも１つの補助ブラシと前記負極ブラシとの間の角度増分Ｄは、前記少なくとも１つの補助ブラシの個数Ｎ＝１の場合、Ｄ＝６０であり、Ｎ＞１の場合、Ｄ＝１８０／（Ｎ＋１）である。
【００１２】
一実施形態では、前記少なくとも１つの補助ブラシは、前記正極ブラシ及び前記負極ブラシの位置の共通直線と同一側に設置される。
【００１３】
一実施形態では、戻り速度切り換え可能なアクチュエータは、多段切り換えスイッチをさらに含む。前記多段切り換えスイッチは、前記直流負電圧に接続される共通接点と、前記負極ブラシ及び前記少なくとも１つの補助ブラシにそれぞれ接続される複数のサブ接点とを含む。前記共通接点を複数の前記サブ接点のうち１つに接続するように切り換えることで、前記負極ブラシまたは前記少なくとも１つの補助ブラシを前記共通接点を介して前記直流負電圧に接続する。
【００１４】
一実施形態では、前記負極ブラシが前記直流負電圧に接続される場合、前記作動ロッドの移動速度が最も遅い。
【００１５】
一実施形態では、前記少なくとも１つの補助ブラシのうちの、前記負極ブラシから最も離れる補助ブラシが前記直流負電圧に接続される場合、前記作動ロッドの移動速度が最も速い。
【００１６】
一実施形態では、前記少なくとも１つの補助ブラシのうちの、前記負極ブラシと前記負極ブラシから最も離れる補助ブラシとの間に介在する１つの補助ブラシが前記直流負電圧に接続される場合、前記作動ロッドの移動速度が最も遅い速度と最も速い速度との間にある。
【００１７】
一実施形態では、複数の前記巻き線と複数の前記整流子との接続関係としては、対称重ね巻き方式である。
【００１８】
一実施形態では、前記モータは、永久磁石直流モータである。
【００１９】
一実施形態では、前記スクリューは、非セルフロック式スクリューである。
【００２０】
一実施形態では、前記ステータの複数の前記永久磁極は、円周方向に沿って等間隔に設置される。前記ロータの複数の前記巻き線は、前記ロータの鉄心の凹溝内に巻設される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る戻り速度切り換え可能なアクチュエータによれば、戻り速度を切り換えることができる。
【００２２】
本発明が上記の目的を達成するために採用する技術、手段および効果がより詳細に理解されるように、以下、本発明に関する詳細な説明及び図面を参照されたい。本発明の目的、特徴およびメリットは、これにより深くかつ具体的に理解できると確信するが、添付の図面は単に参考及び説明用として提供するものであって、本発明を制限するためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来のアクチュエータを示す斜視図である。
【図２】本発明に係る戻り速度切り換え可能なアクチュエータを示す斜視透視図である。
【図３】本発明に係る戻り速度切り換え可能なアクチュエータの一部を示す斜視透視図である。
【図４Ａ】本発明に係るアクチュエータのモータの第１実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａのモータの電機子構造の回路制御を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｂのモータの電機子構造の等価回路制御を示す図である。
【図５Ａ】本発明に係るアクチュエータのモータの第２実施形態を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａのモータの電機子構造の回路制御を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｂのモータの電機子構造の等価回路制御を示す図である。
【図６】本発明に係るアクチュエータを用いた例を示す図である。
【図７】本発明に係るアクチュエータの多段切り換え制御を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の技術内容及び詳細な説明について、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図２は、本発明に係る戻り速度切り換え可能なアクチュエータを示す斜視透視図である。図３は、本発明に係る戻り速度切り換え可能なアクチュエータの一部を示す斜視透視図である。戻り速度切り換え可能なアクチュエータ１００（以下、「アクチュエータ１００」と称する）は、作動ロッド（ａｃｔｕａｔｉｏｎ  ｒｏｄ）１１、スクリュー（ｓｃｅｗ）１２、ウォームホイール（ｗｏｒｍ  ｗｈｅｅｌ）１３、ウォーム（ｗｏｒｍ）１４及びモータ２０を含む。スクリュー１２は、作動ロッド１１に螺着される。ウォームホイール１３は、スクリュー１２に接続される。ウォーム１４は、ガイドスクリューともいわれ、モータ２０のロータの回転軸に接続される一端及びウォームホイール１３に噛合される他端である両端を有する。ロータの回転軸は回動すると、ウォーム１４を同期に回転させ、これにより、ウォーム１４がウォームホイール１３を回動させてスクリュー１２に動力を伝達する。その結果、作動ロッド１１をスクリュー１２の軸方向に対して移動させる。本実施形態では、モータ２０は、永久磁石直流モータ（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ  ｄｉｒｅｃｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｍｏｔｏｒ,  ＰＭＤＣ  ｍｏｔｏｒ）であってもよいが、モータの種類に限定されない。また、本実施形態では、スクリュー１２は、非セルフロック式のスクリューであってもよいが、スクリューの種類に限定されない。
【００２６】
モータ２０（すなわち、永久磁石直流モータ）は、ステータ（ｓｔａｔｏｒ）、ロータ(ｒｏｔｏｒ)、複数の整流子（ｃｏｍｍｕｔａｔｏｒ）及び少なくとも３つのブラシ（ｂｒｕｓｈ）を含む。ステータは、モータ２０における、動きのない部分であり、一方、ロータは、回転可能な部分であり、すなわち、ステータに対して回転可能である。ステータは、永久磁石（すなわち、界磁磁石）であってもよく、固定の磁場を供給するための複数の永久磁極を有する。例えば、ステータは４極構造であってもよい。すなわち、ステータは、磁性がＮ極及びＳ極（２つずつ）である４つの永久磁極を有し、円周方向に沿って交代に設置される。言い換えれば、４つのＮ極及びＳ極の永久磁極は、空間において９０度の間隔で、異なる極性が交互に設置され、すなわち、Ｎ極―Ｓ極―Ｎ極―Ｓ極のように設置される。
【００２７】
ロータは、電機子鉄心（ａｒｍａｔｕｒｅ  ｃｏｒｅ）ともいわれる鉄心を有する。鉄心は、複数の凹溝を有する。これら凹溝は、電機子鉄心の円周方向に等間隔で配列される。ロータは、電機子巻き線（ａｒｍａｔｕｒｅ  ｗｉｎｄｉｎｇ）ともいわれる複数の巻き線をさらに有する。これら電機子巻き線は、電機子鉄心の複数の凹溝内に対応して巻設される。
【００２８】
複数の整流子及び少なくとも３つのブラシは、モータ２０の集電素子である。複数の整流子は互いに絶縁し、電機子鉄心に巻設される複数の電機子巻き線の出口端に対応して接続される。本実施形態では、複数の電機子巻き線と複数の整流子との接続関係としては、複数の電機子巻き線の重ね巻き（ｌａｐ  ｗｉｎｄｉｎｇ）であってもよいが、これに限定されない。さらに、本実施形態の重ね巻きは、対称重ね巻き、ダブル重ね巻き、前進重ね巻き、またはこれらの組み合わせであってもよい。
【００２９】
直流モータの場合、複数のブラシは外部直流電源を受け、複数の整流子により外部直流電源を交流電源に変換して複数の電機子巻き線によって用いる。また、複数の電機子巻き線に流れる電流は電機子電流（ａｒｍａｔｕｒｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ）ともいわれ、永久磁石（すなわち、ステータ）によって力を受けることで、ロータを回動させる。
【００３０】
図４Ａは、本発明に係るアクチュエータのモータの第１実施形態を示す図である。図４Ｂは、図４Ａのモータの電機子構造の回路制御を示す図である。以下、本発明のモータ２０の動作を明確に説明するために、例を挙げて説明する。
【００３１】
上述したように、モータ２０は、少なくとも３つのブラシを含む。少なくとも３つのブラシは、正極ブラシ２１、負極ブラシ２２及び少なくとも１つの補助ブラシ２３を含む。図４Ｂに示すように、正極ブラシ２１は、直流正電圧Ｖ＋に接続される。負極ブラシ２２または少なくとも１つの補助ブラシ２３は、直流負電圧Ｖ−に接続される。なお、直流正電圧Ｖ＋及び直流負電圧Ｖ−は、外部の直流電源によって供給される。
【００３２】
本発明では、負極ブラシ２２と少なくとも１つの補助ブラシ２３との位置関係としては、各少なくとも１つの補助ブラシ２３と負極ブラシ２２との間に角度増分があり、少なくとも１つの補助ブラシ２３を正極ブラシ２１及び負極ブラシ２２の位置の共通直線と同一側に設置するようになっている。角度増分Ｄは、少なくとも１つの補助ブラシ２３の個数Ｎ＝１の場合、Ｄ＝６０であり、Ｎ＞１の場合、Ｄ＝１８０／（Ｎ＋１）である。図４Ａまたは図４Ｂで示される第１実施形態を例として説明する。少なくとも１つの補助ブラシ２３の個数は１個であるため、補助ブラシ２３と負極ブラシ２２との間の角度増分が６０度であり、すなわち、補助ブラシ２３と負極ブラシ２２との距離が６０度の立体角である。図４Ｂで示される複数の整流子２４の個数が１２個の対称重ね巻きを例として、ある回動の瞬間に、正極ブラシ２１が第７番の整流子に対応し、負極ブラシ２２が第１番の整流子に対応する場合、補助ブラシ２３と負極ブラシ２２との距離が６０度の立体角であるため、補助ブラシ２３が第３番の整流子に対応することになる。
【００３３】
アクチュエータ１００は、多段切り換えスイッチ３０をさらに含む。多段切り換えスイッチ３０は、共通接点３１及び複数のサブ接点３２を含む。共通接点３１は、直流負電圧Ｖ−に接続される。複数のサブ接点３２は、負極ブラシ２２及び少なくとも１つの補助ブラシ２３にそれぞれ接続される。共通接点３１を複数のサブ接点３２のいずれかに接続するように切り換えることで、負極ブラシ２２または少なくとも１つの補助ブラシ２３を、共通接点３１を介して直流負電圧Ｖ−に接続する。
【００３４】
図４Ｂで示される第１実施形態に示すように、負極ブラシ２２は、複数のサブ接点３２の下部サブ接点に接続され、一方、補助ブラシ２３は、複数のサブ接点３２の上部サブ接点に接続される。多段切り換えスイッチ３０により複数のサブ接点３２の下部サブ接点に切り換えた場合、負極ブラシ２２は、共通接点３１を介して直流負電圧Ｖ−に接続される。逆に、多段切り換えスイッチ３０により複数のサブ接点３２の上部サブ接点に切り換えた場合、補助ブラシ２３は、共通接点３１を介して直流負電圧Ｖ−に接続される。これにより、負極ブラシ２２及び少なくとも１つの補助ブラシ２３のいずれかを直流負電圧Ｖ−に接続することで、モータ２０のロータの回転速度を変えて作動ロッド１１の移動速度を制御する。その結果、アクチュエータは２段の戻り速度、例えば、正常な戻り速度及び快速戻り速度、または遅速戻り速度及び快速戻り速度を切り換え可能である。
【００３５】
図４Ｃは、図４Ｂのモータの電機子構造の等価回路制御を示す図である。多段切り換えスイッチ３０を切り換えることで、直流負電圧Ｖ−を負極ブラシ２２または少なくとも１つの補助ブラシ２３に接続するように調整する。これにより、直流正電圧Ｖ＋と直流負電圧Ｖ−とに直列接続される複数の巻き線２５の巻き数を変えることで、アクチュエータ１００により戻り速度を切換え可能な効果を発揮する。図４Ｃを例として、多段切り換えスイッチ３０により負極ブラシ２２を直流負電圧Ｖ−に接続するように切り換えた場合、正極ブラシ２１と負極ブラシ２２との間に並列接続する２つの磁気回路が形成される。すなわち、１つの磁気回路は、上部磁気回路（第７巻き線、第８巻き線、第９巻き線、第１０巻き線、第１１巻き線、第１２巻き線及び第１巻き線によって形成される）であり、もう１つの磁気回路は、下部磁気回路（第７巻き線、第６巻き線、第５巻き線、第４巻き線、第３巻き線、第２巻き線及び第１巻き線によって形成される）である。なお、この２つの磁気回路の巻き数は同じである。同じ巻き数によって生成される逆誘起電圧が互いに相殺された後、この２つの磁気回路の巻き線によって生成される逆誘起電圧が直流電源と平衡状態になるため、モータ１３は緩やかに回転する。
【００３６】
第３整流子に対応する補助ブラシ２３を直流負電圧Ｖ−に接続するように多段切り換えスイッチ３０により切り換えた場合、正極ブラシ２１と負極ブラシ２２との間に並列接続する２つの磁気回路が形成される。すなわち、１つの磁気回路は、上部磁気回路（第７巻き線、第８巻き線、第９巻き線、第１０巻き線、第１１巻き線、第１２巻き線、第１巻き線、第２巻き線及び第３巻き線によって形成される）であり、もう１つの磁気回路は、下部磁気回路（第７巻き線、第６巻き線、第５巻き線、第４巻き線及び第３巻き線によって形成される）である。なお、上部磁気回路は、下部磁気回路よりも巻き数が多い。異なる巻き数によって生成される逆誘起電圧が互いに相殺された後、モータ１３の回転速度を増加させた場合のみ、この２つの磁気回路の巻き線によって生成される逆誘起電圧が直流電源と平衡状態になる。このため、同じ巻き数によって生成される逆誘起電圧に比べて、モータ１３は回転速度を増加させて快速に回転するようになり、逆誘起電圧と直流電源との平衡状態を達する。
【００３７】
以上により、多段切り換えスイッチ３０を切り換えることで、負極ブラシ２２を直流負電圧Ｖ−に接続する場合には、モータ２０の回転軸の回動速度が最も遅いため、作動ロッド１１を移動させる速度も最も遅くなり、これにより、アクチュエータ１００の戻り速度を最も遅くする。逆に、補助ブラシ２３が直流負電圧Ｖ−に接続する場合には、モータ２０の回転軸の回動速度が最も速いため、作動ロッド１１を移動させる速度も最も速くなり、これにより、アクチュエータ１００の戻り速度を最も速くする。こうすることで、負極ブラシ２２及び補助ブラシ２３のいずれかを直流負電圧Ｖ−に接続するように切り換えることで、モータ２０のロータの回転速度を変え、作動ロッド１１の移動速度をさらに制御し、その結果、アクチュエータ１００が戻り速度を切り換え可能である。
【００３８】
図５Ａは、本発明に係るアクチュエータのモータの第２実施形態を示す図である。図５Ｂは、図５Ａのモータの電機子構造の回路制御を示す図である。図５Ｃは、図５Ｂのモータの電機子構造の等価回路制御を示す図である。第２実施形態は、複数の補助ブラシ２３の個数が２個であり、第３整流子に対応する補助ブラシを第１補助ブラシ２３とし、第５整流子に対応する補助ブラシを第２補助ブラシとする点で第１実施形態と異なっている。このため、各補助ブラシ２３と負極ブラシ２２との間の角度増分が６０度であり、すなわち、第１補助ブラシ２３と負極ブラシ２２との距離が６０度の立体角であり、第２補助ブラシ２３と負極ブラシ２２との距離が１２０度の立体角である。図５Ｂで示される複数の整流子２４の個数が１２個の対称重ね巻きを例として、ある回動の瞬間に、正極ブラシ２１が第７番の整流子に対応し、負極ブラシ２２が第１番の整流子に対応する場合、各補助ブラシ２３と負極ブラシ２２との距離が６０度の立体角であるため、第１補助ブラシ２３が第３番の整流子に対応し、第２補助ブラシ２３が第５整流子に対応することになる。
【００３９】
同様に、アクチュエータ１００は、多段切り換えスイッチ３０をさらに含む。多段切り換えスイッチ３０は、共通接点３１及び複数のサブ接点３２を含む。共通接点３１は、直流負電圧Ｖ−に接続される。複数のサブ接点３２は、負極ブラシ２２及び少なくとも１つの補助ブラシ２３にそれぞれ接続される。共通接点３１を複数のサブ接点３２のいずれかに接続するように切り換えることで、負極ブラシ２２または少なくとも１つの補助ブラシ２３を、共通接点３１を介して直流負電圧Ｖ−に接続する。
【００４０】
図５Ｂで示される第２実施形態に示すように、負極ブラシ２２は、複数のサブ接点３２の下部サブ接点に接続され、一方、第１補助ブラシ２３及び第２補助ブラシ２３は、複数のサブ接点３２の中部サブ接点及び上部サブ接点にそれぞれ接続される。多段切り換えスイッチ３０により複数のサブ接点３２の下部サブ接点に切り換えた場合、負極ブラシ２２は、共通接点３１を介して直流負電圧Ｖ−に接続される。逆に、多段切り換えスイッチ３０により複数のサブ接点３２の中部サブ接点に切り換えた場合、第３整流子に対応する第１補助ブラシ２３は、共通接点３１を介して直流負電圧Ｖ−に接続され、または、多段切り換えスイッチ３０により複数のサブ接点３２の上部サブ接点に切り換えた場合、第５整流子に対応する第２補助ブラシ２３は、共通接点３１を介して直流負電圧Ｖ−に接続される。これにより、負極ブラシ２２及び少なくとも１つの補助ブラシ２３のいずれかを直流負電圧Ｖ−に接続することで、モータ２０のロータの回転速度を変えて作動ロッド１１の移動速度を制御する。その結果、アクチュエータは３段の戻り速度、例えば、正常な戻り速度、快速戻り速度及び高速戻り速度、または遅速戻り速度、中速戻り速度及び快速戻り速度を切り換え可能である。
【００４１】
図５Ｃは、図５Ｂのモータの電機子構造の等価回路制御を示す図である。上述したように、異なる巻き数によって生成される逆誘起電圧が互いに相殺された後の度合いの差異が大きくなると、モータ１３の回転速度が増加した場合のみに２つの磁気回路の巻き線によって生成される逆誘起電圧が直流電源と平衡状態になる。このため、異なる巻き数と比べて、例えば、直流負電圧Ｖ−を第３整流子に対応する第１補助ブラシ２３に接続して生成される逆誘起電圧から、直流負電圧Ｖ−を第５整流子に対応する第２補助ブラシ２３に接続して生成される逆誘起電圧へ切り換えると、モータ１３の回転速度が再増加して高速に回転するようになり、逆誘起電圧と直流電源との平衡状態を達する。
【００４２】
以上により、多段切り換えスイッチ３０を切り換えることで負極ブラシ２２を直流負電圧Ｖ−に接続する場合には、モータ２０の回転軸の回動速度が最も遅いため、作動ロッド１１を移動させる速度も最も遅くなり、これにより、アクチュエータ１００の戻り速度を最も遅くする。逆に、第５整流子に対応する第２補助ブラシ２３を直流負電圧Ｖ−に接続する場合には、モータ２０の回転軸の回転速度が最も速いため、作動ロッド１１を移動させる速度が最も速くなり、これにより、アクチュエータ１００の戻り速度を最も速くする。また、第３整流子に対応する第１補助ブラシ２３を直流負電圧Ｖ−に接続する場合には、モータ２０の回転軸の回転速度が最も速い速度と最も遅い速度との間にある。こうすることで、負極ブラシ２２及び補助ブラシ２３のいずれかを直流負電圧Ｖ−に接続するように切り換えることで、モータ２０のロータの回転速度を変え、作動ロッド１１の移動速度をさらに制御し、その結果、アクチュエータ１００が戻り速度を切り換え可能である。
【００４３】
また、少なくとも１つの補助ブラシ２３の個数（Ｎ）が３個の場合、上記各少なくとも１つの補助ブラシ２３と負極ブラシ２２との間の角度増分Ｄは、数式Ｄ＝１８０／（Ｎ＋１）（Ｎ＞１の場合）となる。この数式により、各少なくとも１つの補助ブラシ２３と負極ブラシ２２との間の角度増分が４５度となる。また、角度増分に対応して、複数の整流子２４の個数を変える必要がある。例えば、複数の整流子２４の個数が１６個と増加した場合には、正極ブラシ及び負極ブラシを第９整流子及び第１整流子にそれぞれ対応させ、３つの補助ブラシを第７整流子、第５整流子及び第３整流子にそれぞれ対応させることで、角度増分が４５度に達し、アクチュエータは４段の戻り速度の切り換えを実現することができる。なお、上述した設計原理に基づいて、より多くの補助ブラシによってより多段の戻り速度の切り換えを実現可能であるが、その詳細について省略する。
【００４４】
図６は、本発明に係るアクチュエータを用いた例を示す図である。図７は、本発明に係るアクチュエータの多段切り換え制御を示す図である。図６に示すように、アクチュエータ１００は電動ベッドに適用されてもよいが、これに限定されない。例えば、首部（ｎｅｃｋ）の高さを調整するための１セットのアクチュエータ１００、及び膝部（ｋｎｅｅ）の高さを調整するための１セットのアクチュエータ１００を含む２セットのアクチュエータ１００を用いて昇降制御を実現する。図７に合わせると、アクチュエータ１００は、多段切り換え可能な制御装置として機能してもよい。図７には、上記２セットのアクチュエータ１００を制御する機能が示される。図７では、左側の１セットが首部の高さの調整に用いられ、右側の１セットが膝部の高さの調整に用いられる。首部の高さを制御する場合、操作者が段数切り換えスイッチ３０’を第１段に調整すると、正常な戻り速度での制御を表す。操作者が上向きボタンまたは下向きボタンを押下する（または長く押す）と、アクチュエータ１００は正常な戻り速度で首部の高さの昇降制御を行うことができる。同じように、膝部の高さを制御する場合、操作者が段数切り換えスイッチを第３段に調整すると高速戻り速度での制御を表す。操作者が上向きボタンまたは下向きボタンを押下する（または長く押す）と、アクチュエータ１００は高速戻り速度で膝部の高さの昇降制御を行うことができる。このため、本発明は、患者に緊急処置が必要な場合に高速戻り速度に切り換えると、医療スタッフによる緊急処置に適する寝かせる位置までアクチュエータ１００を速やかに復帰させることができ、より多くの救護時間を得て、患者がより素早く、より全面的な緊急救助を受ける。
【００４５】
以上により、本発明は以下のような特徴及び利点を有するものである。
１．負極ブラシ及び補助ブラシのいずれかを直流負電圧に接続するように切り換えることで、モータのロータの回転速度を変えて作動ロッドの移動速度を制御し、その結果、アクチュエータは戻り速度を切り換え可能である。
２．高速戻り速度に切り換えると、医療スタッフによる緊急処置に適する寝かせる位置までアクチュエータを元位置に速やかに復帰させることができ、より多くの救護時間を得て、患者がより素早く、より全面的な緊急救助を受ける。
３．戻り速度切り換え可能なアクチュエータは、電動ベッドや電動診察椅子、自動昇降車椅子、自動昇降パソコンデスクなどに高適応度かつ柔軟に適用される。
４．快速戻り構造を増設する必要がないため、製品の装着距離及び外観に影響を与えないほか、作動ロッドを小型化にすることもできる。
５．本発明に係るアクチュエータの戻り速度は従来の手動戻り速度より速くて、キャリア及びスクリューのガイドからの影響を受けない。
６．本発明に係るアクチュエータは手動操作が不要となり、多段切り換え機能を有する制御装置を操作することだけで、容易かつ迅速に操作できる。
【００４６】
ただし、上記は、本発明の好ましい実施例の詳細な説明および図面に過ぎず、本発明の特徴はこれに限定されるものではないため、本発明を限定するために用いられるものではなく、本発明の全ての範囲は別紙の特許請求の範囲を基準とすべきである。およそ本発明の特許請求の範囲における技術的思想およびその類似の変形例に合うものは、いずれも本発明の範疇に含まれるものであって、当業者が本発明の範囲内で容易に想到し得る変化または付加はいずれも本願の特許請求の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４７】
１００ 戻り速度切り換え可能なアクチュエータ
１１ 作動ロッド
１２ スクリュー
１３ ウォームホイール
１４ ウォーム
２０ モータ
２１ 正極ブラシ
２２ 負極ブラシ
２３ 補助ブラシ
２４ 整流子
２５ 巻き線
３０ 多段切り換えスイッチ
３０’ 段数切り換えスイッチ
３１ 共通接点
３２ サブ接点
Ｖ＋ 直流正電圧
Ｖ− 直流負電圧
２００ アクチュエータ
２０１ 外管
２０２ 作動ロッド
２０３ スクリュー
２０４ モータ
２０５ 快速戻り機構
【図１】
2019062722.tif 000003
【図２】
2019062722.tif 000004
【図３】
2019062722.tif 000005
【図４Ａ】
2019062722.tif 000006
【図４Ｂ】
2019062722.tif 000007
【図４Ｃ】
2019062722.tif 000008
【図５Ａ】
2019062722.tif 000009
【図５Ｂ】
2019062722.tif 000010
【図５Ｃ】
2019062722.tif 000011
【図６】
2019062722.tif 000012
【図７】
2019062722.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月8日(2018.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動ベッドに適用される戻り速度切り換え可能なアクチュエータであって、
作動ロッドと、
前記作動ロッドに螺着されるスクリューと、
前記スクリューを回動させ、前記スクリューに対して前記作動ロッドを軸方向に移動させるモータと、
前記スクリューに接続されるウォームホイールと、
ウォームと、を含み、
前記モータは、
複数の永久磁極を有するステータと、
複数の巻き線を有し、前記ステータに対して回動可能なロータと、
複数の前記巻き線に対応して接続される複数の整流子と、
直流正電圧に接続される正極ブラシ、負極ブラシ及び少なくとも１つの補助ブラシを含む少なくとも３つのブラシと、を含み、
前記ウォームは、一端が前記モータの前記ロータの回転軸に接続され、他端が前記ウォームホイールに噛合され、
各前記少なくとも１つの補助ブラシと前記負極ブラシとの間の角度増分Ｄは、前記少なくとも１つの補助ブラシの個数Ｎ＝１の場合、Ｄ＝６０であり、Ｎ＞１の場合、Ｄ＝１８０／（Ｎ＋１）であり、
前記ロータの回転軸が回動する場合、前記ウォームは前記ウォームホイールを回動させて前記スクリューに動力を伝達することにより、前記作動ロッドを前記スクリューに対して軸方向に移動させ、
前記負極ブラシ及び前記少なくとも１つの補助ブラシのいずれかを直流負電圧に接続することで、前記モータの前記ロータの回転速度を変えて前記作動ロッドの移動速度を制御することを特徴とする戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの補助ブラシは、前記正極ブラシ及び前記負極ブラシの位置の共通直線と同一側に設置されることを特徴とする請求項１に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項３】
多段切り換えスイッチをさらに含み、
前記多段切り換えスイッチは、前記直流負電圧に接続される共通接点と、前記負極ブラシ及び前記少なくとも１つの補助ブラシにそれぞれ接続される複数のサブ接点とを含み、
前記共通接点を複数の前記サブ接点のうち１つに接続するように切り換えることで、前記負極ブラシまたは前記少なくとも１つの補助ブラシを前記共通接点を介して前記直流負電圧に接続することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項４】
前記負極ブラシが前記直流負電圧に接続される場合、前記作動ロッドの移動速度が最も遅いことを特徴とする請求項３に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの補助ブラシのうちの、前記負極ブラシから最も離れる補助ブラシが前記直流負電圧に接続される場合、前記作動ロッドの移動速度は最も速いことを特徴とする請求項３に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの補助ブラシのうちの、前記負極ブラシと前記負極ブラシから最も離れる補助ブラシとの間に介在する１つの補助ブラシが前記直流負電圧に接続される場合、前記作動ロッドの移動速度は最も速い速度と最も遅い速度との間にあることを特徴とする請求項３に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項７】
複数の前記巻き線と複数の前記整流子との接続関係としては、対称重ね巻き方式であることを特徴とする請求項１に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項８】
前記モータは、永久磁石直流モータであることを特徴とする請求項１に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項９】
前記スクリューは、非セルフロック式スクリューであることを特徴とする請求項１に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【請求項１０】
前記ステータの複数の前記永久磁極は、円周方向に沿って等間隔に設置され、
前記ロータの複数の前記巻き線は、前記ロータの鉄心の凹溝内に巻設されることを特徴とする請求項１に記載の戻り速度切り換え可能なアクチュエータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る電動ベッドに適用される戻り速度切り換え可能なアクチュエータは、作動ロッド、スクリュー、モータ、ウォームホイール及びウォームを含む。前記スクリューは、前記作動ロッドに螺着される。前記モータは、スクリューを回動させることで、前記作動ロッドを前記スクリューに対して軸方向に移動させる。前記モータは、ステータ、ロータ、複数の整流子及び少なくとも３つのブラシを含む。前記ステータは、複数の永久磁極を有する。前記ロータは、複数の巻き線を有し、前記ステータに対して回動可能である。複数の前記整流子は、複数の前記巻き線に対応して接続される。前記少なくとも３つのブラシは、正極ブラシ、負極ブラシ及び少なくとも１つの補助ブラシを含む。前記正極ブラシは、直流正電圧に接続される。前記ウォームホイールは、前記スクリューに接続される。前記ウォームの一端は前記モータの前記ロータの回転軸に接続され、その他端は前記ウォームホイールに噛合される。各前記少なくとも１つの補助ブラシと前記負極ブラシとの間の角度増分Ｄは、前記少なくとも１つの補助ブラシの個数Ｎ＝１の場合、Ｄ＝６０であり、Ｎ＞１の場合、Ｄ＝１８０／（Ｎ＋１）である。前記ロータの回転軸が回動する場合、前記ウォームは前記ウォームホイールを回動させて前記スクリューに動力を伝達することにより、前記作動ロッドを前記スクリューに対して軸方向に移動させる。前記負極ブラシ及び前記少なくとも１つの補助ブラシのいずれかを直流負電圧に接続するように調整することで、前記モータの前記ロータの回転速度を変え、その結果、前記作動ロッドの移動速度を制御する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】