(57)【要約】【課題】ハイポサイクロイド減速機構を用いた一軸タイプのリニアアクチュエータにおいて低振動・低騒音化を図る。【解決手段】リニアアクチュエータ１は、シャフト２９と、電動モータ６の回転を減速してシャフト２９に伝達する減速機構２６と、シャフト２９に螺合装着されたスクリューナット３３と、スクリューナット３３に固定されシャフト２９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。減速機構２６には、偏心回転するインナギヤ６９と、インナギヤ６９と噛合するリングギヤ７１を有するハイポサイクロイド機構を用いる。インナギヤ６９は電動モータ６側に接続される。シャフト２９側には、インナギヤ６９と出力ピン８３を介して接続されたカップリング７５が設けられる。出力ピン８３は、カップリング７５に圧入固定され、インナギヤ６９のピン挿通孔８４に遊嵌状態で挿入される。【選択図】図３
2016075297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄ねじ部を有するシャフトと、
該シャフトに対し電動モータの回転を減速して伝達する減速機構と、
前記電動モータと前記減速機構を収容するハウジングと、
前記雄ねじ部に螺合し、前記シャフトの回転に伴い前記シャフト上を軸方向に沿って移動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た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、
前記減速機構は、ハイポサイクロイド機構を構成するインナギヤ及びリングギヤと、前記電動モータの回転軸に回転自在に取り付けられつつ前記シャフトに対して相対回転不能に接続されたカップリングと、を有し、
前記インナギヤは、前記電動モータの前記回転軸上に、該回転軸に対し偏心した状態で回転自在に取り付けられ、
前記リングギヤは、前記ハウジング内に固定された状態で前記インナギヤの外側に配置され、前記インナギヤよりも多い歯数を有しつつ前記インナギヤと噛合し、
前記カップリングと前記インナギヤとの間には、前記インナギヤの回転を前記カップリングに伝達する出力ピンが設けられ、
該出力ピンは、前記カップリングに固定され、前記インナギヤに遊嵌状態で挿入されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記出力ピンは、周方向に沿って複数個設けられ、前記カップリングから軸方向に向かって突出し、
前記インナギヤは、前記出力ピンよりも大径に形成され軸方向に延びるピン挿通孔を有し、
前記出力ピンは、前記カップリングに隣接して配置される前記インナギヤの前記ピン挿通孔に軸方向から挿入されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記出力ピンは、前記カップリングに圧入固定されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記減速機構は、前記ハウジング内に取り付けられ、前記インナギヤ及び前記リングギヤと前記カップリングを収容するギヤボックスを有し、
前記カップリングは、その外周側が前記ギヤボックスに回転自在に支持されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動送りねじ式のリニアアクチュエータに関し、特に、医療・介護用機器の動作部に使用される電動のリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、医療・介護分野においては、患者や介護者の負担を軽減するため、電動のアクチュエータによって、ベッドの上下やリクライニング、立ち上り補助椅子の昇降等が行われている。このようなアクチュエータとしては、雄ねじ部を備えたシャフトを電動モータによって回転駆動し、シャフトに螺合装着された雌ねじ部材をシャフトに沿って駆動させる、送りねじ式のリニアアクチュエータが多用されている。一般に、送りねじ式のリニアアクチュエータは、モータ部と、減速機構部、シャフトと雌ねじ部材を備えたリニア駆動部、ブレーキ部とから構成されている。従来、リニアアクチュエータの減速機構には、簡単な構造で大きな減速比が得られるウォーム減速機構が採用されていた。
【０００３】
ところが、従来リニアアクチュエータでは、特許文献１のように、シャフトとモータのアーマチュア軸が直交する構造のため、モータ部の突出や、ウォーム減速による軸ズレがあり、さらに、減速比アップに伴うウォームギヤ大径化により軸ズレ量が拡大する傾向があり、レイアウト性が良くないという問題があった。また、アクチュエータ小型化の要請によるウォームホイールの小径化により、ギヤの剪断強度や耐久性が低下するという問題もあった。さらに、モータ部の直交・突出により、装置全体の重量バランスが偏り、偏荷重が発生し、クレビスやロッド取付部に偏磨耗が発生するおそれがあった。また、一般的にウォームギヤ減速タイプのアーマチュアシャフトは３点軸受け構造となっており、３点軸受け部のハウジングがシャフト軸受部のハウジングと別部品となるため、軸ズレが発生し、騒音や軸受の偏磨耗などの問題もあった。
【０００４】
さらに、モータ部のヨークが露出するため騒音が漏れ易い、筐体フレームが複雑な形状となるため成形時に多数個取りできないという問題もあった。加えて、モータヨークのねじ止めと、筐体フレームのねじ止めの方向が直交方向となるため、アッセンブリ時に組み付け姿勢の転換を余儀なくされたり、広い組み付けスペースが必要になったりする、などの問題もあった。そこで、これらの問題を解決すべく、近年、遊星減速構造を用いた一軸タイプのリニアアクチュエータが提案されている（特許文献２）。そこでは、遊星減速構造を用いて、減速機構部をウォーム1段から、入力と出力を同軸で行う構造に変更し、モータ突出部のないストレート構成のリニアアクチュエータを実現している。
【０００５】
一方、遊星減速構造は、リングギヤとサンギヤとプラネタリーギヤで構成されており、ウォーム減速機構に比べ部品点数も多く構造も複雑となる。また、大きな減速比を得るにはギヤ外径を大きくするか、小型のまま数段の直列設定が必要となり、装置の小型化という点では限界がある。このため、特許文献３のように、小型高減速タイプのハイポサイクロイド減速機構を採用したリニアアクチュエータも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2007-154954号公報
【特許文献２】特開2010-263670号公報
【特許文献３】特開2009-156415号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ハイポサイクロイド減速機構は、確かに小型で高減速比を得ることが可能であるものの、インナギヤが偏心回転する構造のため、その重量が大きいと、振動や騒音が大きくなる、という問題がある。特に、電動ベッドなどの医療・介護用機器の動作部に使用されるリニアアクチュエータでは、振動や騒音は使用環境の点からも小さく抑えることが求められており、ハイポサイクロイド減速機構を用いた一軸タイプのリニアアクチュエータにおいても、低振動・低騒音化の要請が大きかった。
【０００８】
本発明の目的は、ハイポサイクロイド減速機構を用いた一軸タイプのリニアアクチュエータにおいて低振動・低騒音化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、該シャフトに対し電動モータの回転を減速して伝達する減速機構と、前記電動モータと前記減速機構を収容するハウジングと、前記雄ねじ部に螺合し、前記シャフトの回転に伴い前記シャフト上を軸方向に沿って移動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た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、前記減速機構は、ハイポサイクロイド機構を構成するインナギヤ及びリングギヤと、前記電動モータの回転軸に回転自在に取り付けられつつ前記シャフトに対して相対回転不能に接続されたカップリングと、を有し、前記インナギヤは、前記電動モータの前記回転軸上に、該回転軸に対し偏心した状態で回転自在に取り付けられ、前記リングギヤは、前記ハウジング内に固定された状態で前記インナギヤの外側に配置され、前記インナギヤよりも多い歯数を有しつつ前記インナギヤと噛合し、前記カップリングと前記インナギヤとの間には、前記インナギヤの回転を前記カップリングに伝達する出力ピンが設けられ、該出力ピンは、前記カップリングに固定され、前記インナギヤに遊嵌状態で挿入されることを特徴とする。
【００１０】
本発明にあっては、リニアアクチュエータの減速機構として、偏心回転するインナギヤと、インナギヤの外側に配置され該インナギヤが自転しつつ噛合するリングギヤとを有するハイポサイクロイド機構を用いる。電動モータ側に接続されたインナギヤと、シャフト側に接続されたカップリングとの間には、回転伝達用の出力ピンを介設する。出力ピンは、インナギヤ軽量化のため、カップリングに固定され、インナギヤに遊嵌状態で挿入される。これにより、インナギヤ側から出力ピンが省かれると共に、インナギヤにピン挿通孔が形成されため、その重量が軽減され、ギヤの偏心回転に伴う振動や騒音が低減される。
【００１１】
前記リニアアクチュエータにおいて、前記出力ピンを、周方向に沿って複数個設けると共に前記カップリングから軸方向に向かって突出させ、一方、前記インナギヤには、前記出力ピンよりも大径に形成され軸方向に延びるピン挿通孔を設け、前記出力ピンを、前記カップリングに隣接して配置される前記インナギヤの前記ピン挿通孔に軸方向から挿入するようにしても良い。また、前記出力ピンを前記カップリングに圧入固定しても良い。
【００１２】
さらに、前記減速機構に、前記ハウジング内に取り付けられ、前記インナギヤ及び前記リングギヤと前記カップリングを収容するギヤボックスを設け、前記カップリングの外周側を、前記ギヤボックスに回転自在に支持しても良い。
【発明の効果】
【００１３】
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、リニアアクチュエータの減速機構としてハイポサイクロイド機構を用い、電動モータ側に接続されたインナギヤと、シャフト側に接続されたカップリングとの間に回転伝達用の出力ピンを介設し、その際、出力ピンをカップリングに固定し、インナギヤに遊嵌状態で挿入するようにしたので、インナギヤの重量が軽減され、ギヤの偏心回転に伴う振動や騒音が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１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２】本発明の実施の形態１であるリニアアクチュエータの断面図である。
【図３】減速機構の構成を示す分解斜視図である。
【図４】インナギヤとカップリングの構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）はリニアアクチュエータを複数本（ここでは２本）配置する場合の構成を示す説明図、（ｂ）はその分解構成図である。
【図６】（ａ）は、リニアアクチュエータを複数本（ここでは２本）直列に配置してストロークを２倍化した構成を示す説明図、（ｂ）は並列＋直列により、推力とストロークを共に２倍化した構成を示す説明図である。
【図７】本発明のリニアアクチュエータを使用したストレッチャーの全体構成を示す説明図。
【図８】図７のストレッチャーにおける脚部の内部構成を示す説明図である。
【図９】ハイポサイクロイド構造を複数段配置した構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態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（ベッドフレーム４）に取り付けられ、ベッド下に配置される。
【００１６】
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内に、電動モータ６、減速機構７、クラッチブレーキ８、及び、ピストンユニット９を収容した構成となっている。ピストンユニット９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の先端部には軸孔１２が形成されており、軸孔１２にはリンク接続軸１３が挿入される。ピストンチューブ１０は、リンク接続軸１３を中心として、リンク１１に対し回転自在に取り付けられる。
【００１７】
図１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が固定側、ピストンユニット９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の図２において左端側には取付孔１４が形成されている。取付孔１４にはアクチュエータ支持軸１５が挿通され、リニアアクチュエータ１は、アクチュエータ支持軸１５によってベッドフレーム４に取り付けられる。リニアアクチュエータ１は、アクチュエータ支持軸１５を中心として、ベッドフレーム４に対し回転自在に取り付けられる。
【００１８】
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。
【００１９】
図２に示すように、リニアアクチュエータ１は、電動モータ６と、減速機構７、クラッチブレーキ８、ピストンユニット９を同軸状に直列に配置した構成となっている。本体ハウジング５の右端側には、ピストンチューブ１０を備えたピストンユニット９が配され、左端側には取付孔１４が設けられる。前述のように、取付孔１４にはアクチュエータ支持軸１５が挿入される。
【００２０】
本体ハウジング５は、ピストンチューブ１０の中心軸方向に沿って二分割されており、２つのケースフレーム１６ａ,１６ｂを組み合わせた構造となっている。本体ハウジング５を形成するケースフレーム１６ａ,１６ｂは共に合成樹脂にて形成されており、図示しないねじによって締結されている。両ケースフレーム１６ａ,１６ｂの図２において右端部には、両フレームが分離しないように、金属製のフレームリング１７が装着されている。
【００２１】
本体ハウジング５内には、図２において右側から、ピストンユニット収容部１８、ブレーキ機構収容部１９、減速機構収容部２１、及び、モータ収容部２２が設けられている。ピストンユニット収容部１８内には、ピストンユニット９の左端側が収容・固定されている。ピストンユニット９は、金属製の支持パイプ２３とピストンチューブ１０を備えている。ブレーキ機構収容部１９には、クラッチブレーキ８のワンウエイクラッチ２４とブレーキユニット２５が収容されている。減速機構収容部２１には、電動モータ６からの回転動力をピストンチューブ１０に伝達するための減速機構２６が収容されている。減速機構２６には、ハイポサイクロイド減速機構が用いられている。モータ収容部２２には、リニアアクチュエータ１の駆動源である電動モータ６が収容されている。
【００２２】
ピストンユニット９の支持パイプ２３は円筒状に形成されている。支持パイプ２３の一端側は、本体ハウジング５の２つのケースフレーム１６ａ,１６ｂの間に挟み込まれる形で支持・固定されている。支持パイプ２３の先端部には、合成樹脂製のプラグ２７が装着されている（一体に設けても良い）。プラグ２７の外側には、金属製のキャップ２８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２９が収容されている。シャフト２９の左端部は、ベアリング３１によって、本体ハウジング５内に回転自在に支持されている
【００２３】
シャフト２９には雄ねじ部３２が形成されている。雄ねじ部３２にはスクリューナット３３が取り付けられている。スクリューナット３３の内側には、雄ねじ部３２と螺合する雌ねじ部３４が形成されている。スクリューナット３３は、シャフト２９の雄ねじ部３２に進退自在（図２において左右方向）に螺合装着される。スクリューナット３３は、軸方向から装着されるスクリューナットアダプタ３５（以下、アダプタ３５と略記する）によって、ピストンチューブ１０に固定される。
【００２４】
アダプタ３５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３３に取り付けられる。アダプタ３５は、リング部３６と、リング部３６から軸方向に突出形成された係合部３７とから構成されている。アダプタ３５は、係合部３７によって、スクリューナット３３に回り止めされた状態で固定される。アダプタ３５−支持パイプ２３間も回り止めされた状態となっている。アダプタ３５とスクリューナット３３は、回り止めされた形で、支持パイプ２３内を軸方向に移動可能となっている。
【００２５】
スクリューナット３３は、フランジ部３８とボス部４１を備えている。スクリューナット３３は、ボス部４１に形成された雄ねじ部４２をピストンチューブ１０の端部に形成された雌ねじ部４３にねじ込むことにより、ピストンチューブ１０に固定される。アダプタ３５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３３に軸方向から装着される。アダプタ３５の係合部３７の先端には、突起４４が径方向内側に向けて突設されている。係合部３７の突起４４は、スクリューナット３３のフランジ部３８に係合する。これにより、アダプタ３５は、スクリューナット３３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３３は、アダプタ３５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。
【００２６】
アダプタ３５のリング部３６には、軸方向に沿って図示しない嵌合溝が形成されている。嵌合溝は、支持パイプ２３の内周に形成され軸方向に延びる突条部４５と嵌合している。突条部４５は嵌合溝と摺接し、アダプタ３５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。前述のように、アダプタ３５は、スクリューナット３３に回り止め固定されており、スクリューナット３３は、アダプタ３５を介して支持パイプ２３内に摺動自在に保持される。
【００２７】
シャフト２９の回転に伴って、スクリューナット３３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２９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２９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２９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。
【００２８】
ブレーキ機構収容部１９には、ワンウエイクラッチ２４とブレーキユニット２５からなるクラッチブレーキ８が収容されている。ワンウエイクラッチ２４は、有底円筒形状のクラッチケース５１へ圧入固定され、複数本のローラ５２とを備えている。ローラ５２は、シャフト２９の外周面に転動自在に当接するようにワインウエイクラッチ２４内に収納されている。ワンウエイクラッチ２４では、ローラ５２がワンウエイクラッチ２４の内周面とシャフト２９の外周面に楔状に噛合することにより、シャフト２９の一方向の回転時にクラッチケース５１とシャフト２９が連結される。ワンウエイクラッチ２４が圧入固定されたクラッチケース５１はベアリング３１のアウタレースのみに接している。
【００２９】
ブレーキ機構収容部１９にはさらに、クラッチケース５１と隣接してブレーキユニット２５が設けられている。ブレーキユニット２５には、ベースプレート５３、ブレーキプレート５４及びブレーキワッシャ５５が、図中左端側から順に設置されている。ベースプレート５３、ブレーキプレート５４及びブレーキワッシャ５５は、シャフト２９上に遊嵌状態で装着され、クラッチケース５１よりも電動モータ６寄りに配されている。ベースプレート５３の電動モータ６寄りには、抜止部材としてＣ型止め輪５６が装着されている。
【００３０】
ベースプレート５３は、略円形リング形状に形成されている。ベースプレート５３の外周には、一対の係合部（図示せず）が突設されている。各係合部は、本体ハウジング５にそれぞれ係合されている。これにより、ベースプレート５３は、本体ハウジング５内に回り止めされた状態で配置される。ブレーキプレート５４は、ベースプレート５３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５４のベースプレート５３側の面には、複数の係合凸部（図示せず）が突設されている。各係合凸部は、ベースプレート５３の各係合凹部（図示せず）にそれぞれ係合している。これにより、ブレーキプレート５４は、ベースプレート５３、そして本体ハウジング５に回り止めされる。
【００３１】
ブレーキワッシャ５５は、外形が略八角形の平板形状となっており、中心にシャフト挿通孔が設けられている。一方、ワンウエイクラッチ２４の圧入固定されたクラッチケース５１には、ブレーキプレート５４側の面にワッシャ収容部５７が没設されており、ブレーキワッシャ５５は、このワッシャ収容部５７内に収容され、クラッチケース５１に回り止めされる。そして、ブレーキプレート５４とブレーキワッシャ５５との合わせ面により、ブレーキユニット２５の制動面が構成される。
【００３２】
ブレーキユニット２５では、シャフト２９が正回転するときは、ワンウエイクラッチ２４がフリー状態（ＯＦＦ状態）となり、ピストンチューブ１０は、ブレーキユニット２５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２９が逆回転すると、ワンウエイクラッチ２４がロック状態（ＯＮ状態）となり、シャフト２９の回転がブレーキユニット２５内の部材に伝達され、ブレーキ作用が生じる。すなわち、シャフト２９と共にクラッチケース５１が回転し、クラッチケース５１に回り止めされたブレーキワッシャ５５と、本体ハウジング５に回り止めたブレーキプレート５４が摺動し、ブレーキ力が発生する。
【００３３】
このように、ピストンチューブ１０は、ブレーキユニット２５による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、電動モータ６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。
【００３４】
減速機構収容部２１には、ハイポサイクロイド減速機構を用いた減速機構２６が配置されている。図３は、減速機構２６の構成を示す分解斜視図である。ハイポサイクロイド減速機構は、異なる歯数の内歯車と外歯車を、一方が他方に対し偏心回転するように内外に噛み合わせた歯車減速機構であり、コンパクトでありながら大きな減速比が得られる特徴がある。減速機構２６は、電動モータ６の回転軸６１とシャフト２９との間に介設され、合成樹脂製のギヤボックス６２内に収められている。ギヤボックス６２の図２において右側には、減速機構２６が配される減速ギヤ収容部６３が形成されている。ギヤボックス６２の左側には、電動モータ６のブラシ６４とコンミテータ６５が収容されるブラシ収容部６６が形成されている。ブラシ６４は、ブラシ収容部６６内に取り付けられたブラシホルダ６７に保持される。
【００３５】
回転軸６１の先端部（図２において右端側）には、ベアリング６８を介して、インナギヤ６９が回転自在に取り付けられている。インナギヤ６９は、回転軸６１に対して偏心した状態で取り付けられている。インナギヤ６９の外側には、回転軸６１と同心状にリングギヤ７１が設けられている。インナギヤ６９の外歯７２は、リングギヤ７１の内歯７３と噛合している。リングギヤ７１の歯数Ｚ１は、インナギヤ６９の歯数Ｚ２よりもわずかに多く設定されている（例えば、Ｚ１−Ｚ２＝１）。
【００３６】
回転軸６１の最先端部には、ベアリング７４を介して、カップリング７５が回転自在に取り付けられている。カップリング７５の外周側は、ベアリング７６によって、ギヤボックス６２の右端部内側に回転自在に支持されている。カップリング７５の図中右側にはボス部７７が突設されている。ボス部７７は、焼結メタル軸受７８によって、ギヤボックス６２の右端部に取り付けられたギヤボックスカバー７９に回転自在に支持されている。ボス部７７の内側にはセレーション部８１が形成されており、シャフト２９の左端に設けられたセレーション部８２と噛合している。すなわち、カップリング７５は、セレーション部８１,８２によってシャフト２９と連結され、一体に回転するようになっている。
【００３７】
図４は、インナギヤとカップリングの構成を示す斜視図である。図３,４に示すように、インナギヤ６９とカップリング７５の間には複数本の出力ピン８３が介設されている。出力ピン８３は、カップリング７５に圧入固定されており、周方向に沿って等分に取り付けられている。これに対し、インナギヤ６９には、複数個のピン挿通孔８４が周方向に沿って等分に設けられており、ピン挿通孔８４には、出力ピン８３が遊嵌状態で挿入される。これにより、インナギヤ６９が回転すると、その回転は、出力ピン８３を介してカップリング７５に伝わり、カップリング７５及びシャフト２９は、インナギヤ６９と共に回転する。出力ピン８３の外径に対し、ピン挿入孔８４の外径を大きくすることで、インナギヤ６９の偏芯回転を一定回転に戻すことができる。
【００３８】
減速機構２６では、電動モータ６が作動し回転軸６１が回転すると、回転軸６１に偏心状態で取り付けられたインナギヤ６９が、リングギヤ７１と噛合した状態で、自転しながら回転軸６１周りを公転する。インナギヤ６９が回転すると、それと出力ピン８３を介して接続されたカップリング７５もインナギヤ６９と同期して回転する。カップリング７５が回転すると、それとセレーション部８１,８２によって接続されたシャフト２９も回転する。この際、インナギヤ６９の自転回転数は、回転軸６１の回転数に対して大きく減速された状態となっている。すなわち、電動モータ６と同軸状に配された減速機構２６により、電動モータ６の回転は大きく減速されてシャフト２９に伝達される。
【００３９】
このように、リニアアクチュエータ１では、減速機構２６を入力と出力が同軸となる構成に変更し、一軸タイプのリニアアクチュエータを実現している。この場合、減速機構２６として、遊星減速機構を採用することも可能であるが、前述のように、遊星減速タイプでは、大きな減速比を得るにはギヤ外径を大きくするか、小型のまま数段の直列設定が必要となり、小型化には適していない。そこで、本発明によるリニアアクチュエータ１では、小型高減速タイプのハイポサイクロイド減速を採用する。また、インナギヤ軽量化のため、出力ピン８３を、インナギヤ６９側ではなくカップリング７５に圧入固定する。これにより、インナギヤ６９側から出力ピンが省かれると共に、インナギヤ６９にピン挿通孔８４が形成されため、その重量が軽減され、ギヤの偏心回転に伴う振動や騒音を低減させることができ、リニアアクチュエータの静音化を図ることが可能となる。そして、当該リニアアクチュエータ１を用いることにより、低振動・低騒音の電動ベッドを実現することが可能となる。
【００４０】
モータ収容部２２には、電動モータ６のロータ部分が収容されている。電動モータ６は、ステータ部８５と、ステータ部８５内に回転自在に配置されたロータ部８６、及び、整流部８７とから構成されている。ステータ部８５には、有底円筒状のヨーク８８と、ヨーク８８の内周に固定されたマグネット８９が設けられている。ロータ部８６は、回転軸６１と、回転軸６１に取り付けられコイルが巻装されたロータコア９１を備えている。回転軸６１の左端側は、ヨーク８８に取り付けられた軸受９２によって回転自在に支持されている。回転軸６１の右端側は、ギヤボックス６２に取り付けられたベアリング９３によって回転自在に支持されている。ベアリング９３は、ベアリングストッパ９４によって、ギヤボックス６２内に収容固定されている。整流部８７には、回転軸６１に取り付けられたコンミテータ６５と、コンミテータ６５に摺接するブラシ６４、ブラシ６４を収容保持するブラシホルダ６７を備えている。ブラシ６４に対しては給電配線９５を介して、図示しないコントローラから電力が供給される。
【００４１】
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、電動モータ６が正回転する。電動モータ６の回転軸６１の回転は、減速機構２６を介してシャフト２９に伝わり、シャフト２９が正方向に回転する。シャフト２９が正回転すると、スクリューナット３３が前進し、スクリューナット３３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。正回転時には、ワンウエイクラッチ２４がフリー状態となるため、シャフト２９のみが正回転し、ブレーキユニット２５によるブレーキ作用は生じない。
【００４２】
シャフト２９の正回転は、回転検出用の図示しない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２９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）に送信する。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、電動モータ６を自動的に停止させる。
【００４３】
電動モータ６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３３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２９を逆回転させる力であり、シャフト２９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２９が逆回転すると、ワンウエイクラッチ２４がロック状態となり、ブレーキユニット２５にブレーキ作用が生じる。すなわち、ブレーキプレート５４とブレーキワッシャ５５が圧接状態で摺接し、両者の摩擦力によって制動力が生じる。これにより、シャフト２９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。
【００４４】
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、電動モータ６が逆回転する。電動モータ６の回転は前述同様に伝わり、シャフト２９は逆回転する。シャフト２９が逆回転すると、スクリューナット３３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２９の逆回転もまた、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の位置が検出される。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、電動モータ６を自動的に停止させる。
【００４５】
このような逆回転動作の際は、ワンウエイクラッチ２４がロック状態となり、前述のように、ブレーキユニット２５によって制動力が発生する。但し、この制動力は、電動モータ６によるシャフト２９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２９は、ブレーキユニット２５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２９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。
【００４６】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２として、駆動源であるリニアアクチュエータを複数個使用する構成について説明する。ベッド等の駆動源としてリニアアクチュエータを用いる場合、低推力と一般的推力の中間推力を必要とするケースがある。その際、アクチュエータのバリエーションを増やすには開発・設計費用がかかり、また、製造者側もバリエーションを増やしたがらない場合が多い。従来より、一軸タイプの低推力アクチュエータには、数種類の推力別バリエーションが存在しているが、それを高推力にする場合、モータや減速比の変更が必要となる。その結果、高推力化に伴って、モータ外径が大きくなったり、減速部の減速比アップや減速部の直列多段配置等が必要となり、アクチュエータの大径化や全長増大を招き、レイアウト性が低下するという問題が生じる。
【００４７】
このため、中間推力を必要とするケースにおいても、既存の一般推力品を採用する場合が多く、オーバースペックな設計とならざるを得ないという問題があった。従って、バリエーションを増やすべく費用をかけるにしても、ワンランク上の一般推力品を使うにしても、結局のところ、高価格なアクチュエータになってしまうというのが現実であった。また、ストロークや取付けピッチなどに関しても、各々設定別にバリエーションが発生するためコスト高は避けがたく、所望の推力が得られ、しかも、ストローク等の仕様にも柔軟に対応し得るアクチュエータが求められていた。
【００４８】
そこで、ここでは、基本設定を１,０００Ｎとし、次のような方法で推力アップのバリエーションに対応する。図５（ａ）は、リニアアクチュエータ１００を複数本（２本）配置する場合の構成を示す説明図、同図（ｂ）はその分解構成図である。なお、リニアアクチュエータ１００は、取付用ブラケットとして端部にクレビス１０１を設け、ピストンチューブ１０の先端部にもクレビス１０２を取り付けたものを示したが、実施の形態１のリニアアクチュエータ１のように、本体ハウジングに取付孔１４、ピストンチューブ１０の先端部には軸孔１２を設けたものを用いることも可能である。
【００４９】
図５に示すように、リニアアクチュエータ１００は並列に配置され、金属又は合成樹脂製のアクチュエータホルダ１０３によって両端同士が固定されている。アクチュエータホルダ１０３は、リニアアクチュエータ１００の両端で同じ部品を使用する。アクチュエータホルダ１０３には、丸孔状のアクチュエータ取付部１０４が並列に２個設けられている。アクチュエータ取付部１０４には、リニアアクチュエータ１００のクレビス１０１,１０２が挿入される。アクチュエータホルダ１０３にはまた、アクチュエータ取付部１０４に臨んでピン孔１０５が上下方向に貫通形成されている。図５（ｂ）に示すように、ピン孔１０５には取付ピン１０６が挿入される。取付ピン１０６は、クレビス１０１,１０２の各取付孔１０７に挿通され、アクチュエータホルダ１０３に突出し、ピン抜け止め１０８によって抜け止め固定される。
【００５０】
このように、アクチュエータホルダ１０３を用いてリニアアクチュエータ１００を並設することにより、推力を１,０００Ｎ×２＝２,０００Ｎとすることができる。また、並列用のアクチュエータホルダ１０３を２組使用し、２個並列の組み合わせを上下（又は左右）に配することにより、４,０００Ｎとすることもできる。さらに、図５（ｃ）のように、アクチュエータ取付部１０４を三角形状に３個配置し、リニアアクチュエータ１００を３本並設することにより、３,０００Ｎの推力を得ることも可能となる。
【００５１】
なお、リニアアクチュエータ１００は、その作動速度や、ストローク量の同期をとるため、原則として、ホールＩＣやポテンショメーター等によって制御されたアクチュエータを使用する。その際、例えば、駆動源の電動モータのアーマチュアシャフトにセンサマグネットを取り付け、シャフトの回転パルスを検知することにより、各アクチュエータの作動量を検出しそれらを同期制御する。但し、各々にバラツキのない仕様のアクチュエータや、同期を確認したアクチュエータ同士で組合せる場合には、必ずしも制御されたアクチュエータを使用する必要はない。
【００５２】
一方、基本設定以外の仕様の場合には、次の方法でバリエーションに対応し、バリエーションの派生を抑える。図６（ａ）は、リニアアクチュエータ１００を複数本（２本）直列に配置してストロークを２倍化した構成を示す説明図、同図（ｂ）は並列＋直列により、推力とストロークを共に２倍化した構成を示す説明図である。図６（ａ）に示すように、同じリニアアクチュエータ１００を２台使用し、直列接続用のアクチュエータホルダ１０９によって固定することにより、ストロークは２倍となる。また、図６（ｂ）に示すように、アクチュエータホルダ１１０を使用することにより、推力２,０００Ｎ・ストローク２倍のアクチュエータも可能となる。
【００５３】
ここで、リニアアクチュエータにおいて、ストロークを長くしようとすると、ロッドに曲げ応力がかかるため、アクチュエータの強度アップが必要となる。これに対し、図６のように、予め強度を考慮したアクチュエータホルダ１０９,１１０にてリニアアクチュエータ同士を接続・固定することにより、アクチュエータ自身の強度をアップさせることなく、標準品の組合せにて２倍のストロークが可能となる。また、この場合、リニアアクチュエータの組合せとしては、強度アップを図らずに対応できる限界ストローク品の組合せでも、ストロークが異なるアクチュエータの組合せでも対応可能である。
【００５４】
なお、リニアアクチュエータ１００を直列に接続する場合、軸方向の荷重が加わると、リニアアクチュエータ１００とアクチュエータホルダ１０９,１１０の間のクリアランスにより、アクチュエータホルダ１０９,１１０を中心として全体が「くの字」変形してしまうおそれがある。２本のアクチュエータが「くの字」に変形すると、中央部分に加わるモーメントが高くなり、ある荷重に達するとアクチュエータホルダ１０９,１１０が損傷することが懸念される。このため、リニアアクチュエータ１００とアクチュエータホルダ１０９,１１０は、インロー嵌合にて結合させ、両者間のクリアランスを極力小さくすることが好ましい。
【００５５】
このように、例えば１,０００Ｎ仕様の標準アクチュエータを大量生産し、それを適宜組み合わせることにより、アクチュエータホルダ分のコストアップのみで、所望の推力・ストロークのアクチュエータを得ることが可能となる。このため、無駄なオーバースペックを回避でき、低コスト化を図ることが可能となる。また、少量生産品の場合でも、コストアップを極力抑えた形で所望の仕様を得ることが可能となる。なお、ピストンヘッド及びクレビス部は本体と別部品で構成されており、それぞれをホルダー形状へ変更も可能。
【００５６】
（実施の形態３）
さらに、実施の形態３として、本発明のリニアアクチュエータ１を患者搬送用のストレッチャーに使用した例について説明する。図７は、実施の形態３であるストレッチャー１１１の全体構成を示す説明図、図８は、ストレッチャー１１１における脚部１１２の内部構成を示す説明図である。
【００５７】
ストレッチャー１１１は、病院や介護施設等にて使用され、病人や怪我人、被介護者等が横たわるためのボトム（寝台）１１３を備えている。ボトム１１３は４本の脚部１１２によって支持されており、脚部１１２内にはリニアアクチュエータ１が内蔵されている。脚部１１２はリニアアクチュエータ１によって伸縮し、これにより、ボトム１１３は上下に昇降する。各脚部１１２の下端にはキャスター１１４が取り付けられており、ストレッチャー１１１は、床面上を自在に移動できるようなっている。
【００５８】
図８に示すように、脚部１１２内にはリニアアクチュエータ１が内蔵されている。リニアアクチュエータ１は、キャスター１１４の上方に配置されている。前述のように、リニアアクチュエータ１は１軸タイプに構成され、側方にモータの張り出しがないため、ストレッチャーの脚部のような狭く細い空間にも配置することができる。また、その際、両側の昇降機構を同期させるようなリンク機構は、構成が複雑であり、空間の確保の妨げや、重量増につながるため、小型アクチュエータを４個使用し、それらを同期制御する。
【００５９】
脚部１１２は、図７（ａ）に示すように、上部ロッド１１５と下部ロッド１１６とから構成されている。上部ロッド１１５は、ボトム１１３の四隅下面側に固定されている。下部ロッド１１６の下端には、キャスター１１４が取り付けられている。上部ロッド１１５の上端部にはリニアアクチュエータ１の本体ハウジング５が固定されている。この場合、本体ハウジング５は、ボトム１１３の下面１１３ａに固定されている。リニアアクチュエータ１は、ピストンチューブ１０が下方に向かって出没するように取り付けられる。
【００６０】
ピストンチューブ１０の先端部は、固定ピン１１７によって、下部ロッド１１６に固定されている。これにより、リニアアクチュエータ１が作動し、ピストンチューブ１０が伸縮すると、図８に示すように、上部ロッド１１５が上下方向に移動し、ボトム１１３が昇降する。４本の脚部１１２は何れも同じ構造となっており、各脚部１１２のリニアアクチュエータ１を同期駆動させることにより、ボトム１１３は水平に昇降する。なお、ストレッチャー前後のリニアアクチュエータ１の一方側を作動させることにより、図７（ｂ）のようなトレンデレンブルグモーションも可能である。
【００６１】
従来のストレッチャーは、ボトム昇降機構がボトム直下に設けられており、昇降機構は手動にて調整されるのが一般的であった。また、ボトム下に昇降機構が配されているため、ストレッチャーのままＸ線撮影を行うことができず、撮影の際には、患者一人につき4〜6名程度の人間によって、搬送されて来た患者をストレッチャーから投影台上に移動させる必要があった。さらに、従来のストレッチャーは、本体重量が重く、患者搬送のみならず、空のストレッチャーを保管場所へ戻す際にも二人の人手が必要となっていた。
【００６２】
これに対し、当該ストレッチャー１１１は、脚部１１２に一軸タイプの電動リニアアクチュエータ１を内蔵し、これにより、ボトム１１３の昇降を行う。このため、ボトム下を何もない空間とすることができ、ストレッチャー１１１をそのままＸ線撮影装置の投影台として使用できる。従って、搬送患者をストレッチャー１１１に載せたままＸ線撮影することができ、患者に対する移送負担軽減が図られると共に、従来、投影台への移動に要していた人手を大幅に削減することが可能となる。また、小型軽量のリニアアクチュエータ１を使用することにより、ストレッチャーの全体重量も軽量化され、患者搬送やストレッチャーの回送作業も一人で行うことが可能となる。
【００６３】
本発明は前述のような実施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変更可能であることは言うまでもない。
例えば、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。また、前述の実施形態では、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。さらに、リニアアクチュエータ１を、実施の形態３のようにベッドボトムの高さ調整に使用することも可能である。加えて、ハイポサイクロイド構造も図２,３のものには限定されず、例えば図９のように、ギヤ部を直列に数段（図９では第１ギヤ部１２１と第２ギヤ部１２２の２段）設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
前述の実施形態では、本発明のリニアアクチュエータを医療・介護用ベッドやストレッチャー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やストレッチャーには限定されず、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。
【符号の説明】
【００６５】
１    リニアアクチュエータ
２    ベッド
３    背ボトム
４    ベッドフレーム
５    本体ハウジング
６    電動モータ
７    減速機構
８    クラッチブレーキ
９    ピストンユニット
１０    ピストンチューブ
１１    リンク
１２    軸孔
１３    リンク接続軸
１４    取付孔
１５    アクチュエータ支持軸
１６ａ,１６ｂ    ケースフレーム
１７    フレームリング
１８    ピストンユニット収容部
１９    ブレーキ機構収容部
２１    減速機構収容部
２２    モータ収容部
２３    支持パイプ
２４    ワンウエイクラッチ
２５    ブレーキユニット
２６    減速機構
２７    プラグ
２８    キャップ
２９    シャフト
３１    ベアリング
３２    雄ねじ部
３３    スクリューナット
３４    雌ねじ部
３５    スクリューナットアダプタ
３６    リング部
３７    係合部
３８    フランジ部
４１    ボス部
４２    雄ねじ部
４３    雌ねじ部
４４    突起
４５    突条部
５１    クラッチケース
５２    ローラ
５３    ベースプレート
５４    ブレーキプレート
５５    ブレーキワッシャ
５６    Ｃ型止め輪
５７    ワッシャ収容部
６１    回転軸
６２    ギヤボックス
６３    減速ギヤ収容部
６４    ブラシ
６５    コンミテータ
６６    ブラシ収容部
６７    ブラシホルダ
６８    ベアリング
６９    インナギヤ
７１    リングギヤ
７２    外歯
７３    内歯
７４    ベアリング
７５    カップリング
７６    ベアリング
７７    ボス部
７８    焼結メタル軸受
７９    ギヤボックスカバー
８１    セレーション部
８２    セレーション部
８３    出力ピン
８４    ピン挿通孔
８５    ステータ部
８６    ロータ部
８７    整流部
８８    ヨーク
８９    マグネット
９１    ロータコア
９２    軸受
９３    ベアリング
９４    ベアリングストッパ
９５    給電配線
１００  リニアアクチュエータ
１０１  クレビス
１０２  クレビス
１０３  アクチュエータホルダ
１０４  アクチュエータ取付部
１０５  ピン孔
１０６  取付ピン
１０７  取付孔
１０８  ピン抜け止め
１０９  アクチュエータホルダ
１１１  ストレッチャー
１１２  脚部
１１３  ボトム
１１３ａ  下面
１１４  キャスター
１１５  上部ロッド
１１６  下部ロッド
１１７  固定ピン
１２１  第１ギヤ部
１２２  第２ギヤ部
【図１】
2016075297.tif 000003
【図２】
2016075297.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016075297.tif 000006
【図５】
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【図６】
2016075297.tif 000008
【図７】
2016075297.tif 000009
【図８】
2016075297.tif 000010
【図９】
2016075297.tif 000011