(57)【要約】  【課題】コスト増を抑えつつ高精度の平行移動と長いストロークを有するリニアアクチュエータを提供する。  【解決手段】下側取付枠１１と上側取付枠２１とを対向させて水平に配置し、下側取付枠１１と上側取付枠２１に下側ねじ軸３０と上側ねじ軸４０を垂直に配設し、下側取付枠１１と上側取付枠２１に下側回転軸５１と上側回転軸６１を回転自在に支承し、下側回転軸５１と上側回転軸６１に下側ねじ軸３０と上側ねじ軸４０に螺合した下側ナット５５と上側ナット６５を固定し、下側回転軸５１と上側回転軸６１をウオーム歯車減速装置で正逆回転駆動する。下側取付枠１１と上側取付枠２１とを平行定規機構１２によって連結する。摺動抵抗の大きなガイド機構を省略できるので、コストアップを抑制できる。  【選択図】図２
2009041698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに反対向きに移動自在な一対の移動体と、この一対の移動体にそれぞれ回転自在に支承された一対の回転軸と、この両回転軸を回転させる駆動装置と、前記両回転軸の回転によって前記両移動体を互いに反対向きに移動させる一対の送りねじ軸装置と、前記一対の移動体を相対的に平行移動させる平行定規機構と、を備えていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記平行定規機構の平行リンク同士が同期するように伝達機構によって連動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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
医療・介護用ベッドにおいては、高さが低い方がベッドから下り易く、また、ベッドから落下した際に負傷する危惧がない。他面、高さが高い方が診察や介護等を施し易い。
したがって、医療・介護用ベッドに使用されるリニアアクチュエータは、ストロークが長い方が有利である。
【０００３】
ストロークを長くした従来のリニアアクチュエータとしては、摺動によって案内するガイド機構により支持されて互いに反対向きに移動自在な一対の移動体と、この一対の移動体にそれぞれ回転自在に支承された一対の回転軸と、この両回転軸を回転させる一つの駆動装置と、前記両回転軸の回転によって前記両移動体を互いに反対向きに移動させる一対の送りねじ軸装置と、を備えたもの、がある。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−９２８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記したリニアアクチュエータにおいては、ベッドの偏荷重を受ける移動体の平行移動を確保するためには、移動体の移動を摺動によって案内するガイド機構のクリアランスを極力小さくする必要がある。
その要求に応ずるために、ガイド機構部品の加工精度や組付精度を厳格に設定すると、イニシャルコストが増加してしまう。
他方、摺動抵抗に打ち勝つべくガイド機構の駆動装置の駆動力を高く設定すると、消費電力が高くなるために、イニシャルコストおよびランニングコストが増加してしまう。
【０００５】
本発明の目的は、コストアップを抑えつつ高精度の平行移動と長いストロークを有するリニアアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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）互いに反対向きに移動自在な一対の移動体と、この一対の移動体にそれぞれ回転自在に支承された一対の回転軸と、この両回転軸を回転させる駆動装置と、前記両回転軸の回転によって前記両移動体を互いに反対向きに移動させる一対の送りねじ軸装置と、前記一対の移動体を相対的に平行移動させる平行定規機構と、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）前記平行定規機構の平行リンク同士が同期するように伝達機構によって連動されていることを特徴とする前記（１）に記載のリニアアクチュエータ。
【発明の効果】
【０００７】
前記したリニアアクチュエータによれば、一対の移動体が送りねじ軸装置によって互いに反対向きに移動されるように構成されているために、長いストロークを創出することができる。
一対の移動体は平行定規機構によって平行移動するように連結されているために、摺動摩擦による弊害を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００９】
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１０は、医療・介護用ベッド（以下、ベッドという。）１の寝床を水平に昇降させるためのものとして構成されている。
すなわち、図１に示されているように、リニアアクチュエータ１０は互いに反対向きに移動自在な一対の移動体としての下側取付枠１１と上側取付枠２１とを備えており、図１に示されているように、リニアアクチュエータ１０の固定端側である下側取付枠１１がベッド１のフレーム２に固定され、リニアアクチュエータ１０の自由端側である上側取付枠２１が寝床（以下、寝床という。）３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が短縮した状態で、寝床３は下限位置に水平に下降されており、図１（ｂ）に示されているように、リニアアクチュエータ１０が伸長すると、寝床３は水平に上昇されるようになっている。
また、一対のリニアアクチュエータ１０、１０を個々に動かすことにより、寝床３を斜めにすることもできる。
【００１０】
図２〜図７に示されているように、リニアアクチュエータ１０の下側取付枠１１と上側取付枠２１とはいずれも、平面視が略長方形で一主面が開口した枠形状に形成されており、互いに開口面が対向して水平に配置されている。
下側取付枠１１と上側取付枠２１とは、平行定規機構（parallel  rule  mechanism ）１２によって水平を維持しつつ移動するように連結されている。
すなわち、平行縁を有する片の一方である下側取付枠１１には、一対の下側リンク１３、１３の基端部が各ピン１４、１４によってそれぞれ回動自在に支持されているとともに、平行縁を有する片の他方である上側取付枠２１には、一対の上側リンク２３、２３の基端部が各ピン２４、２４によってそれぞれ回動自在に支持されており、一対の下側リンク１３、１３の自由端部と一対の上側リンク２３、２３の自由端部とは各ピン１５、１５によって回動自在に連結されている。
一方の下側リンク１３と反対側の上側リンク２３とが平行リンクをそれぞれ構成しており、一対の下側リンク１３、１３と一対の上側リンク２３、２３とは同一の長さにそれぞれ設定されている。
一対の下側リンク１３、１３はチャンネル型鋼形状に形成されており、開口側が対向するように対称形に配置されている。一対の上側リンク２３、２３は下側リンク１３よりも小さめのチャンネル型鋼形状に形成されており、閉塞側が対向するように対称形に配置されている。
【００１１】
一対の下側リンク１３、１３の基端部には一対の扇歯車１６、１６が各ピン１４、１４を中心にして回動するようにそれぞれ固定されており、一対の扇歯車１６、１６同士は互いに同期するように噛合されている。
一対の上側リンク２３、２３の基端部には一対の扇歯車２６、２６が各ピン２４、２４を中心にして回動するようにそれぞれ固定されており、一対の扇歯車２６、２６同士は互いに同期するように噛合されている。
【００１２】
下側取付枠１１の底壁上面には、外周に雄ねじ部３１を有する下側ねじ軸３０が垂直に立脚されて、支持具３２によって固定されている。
上側取付枠２１の天井壁下面には、外周に雄ねじ部４１を有する上側ねじ軸４０が垂直に垂下されて、支持具４２によって固定されている。
【００１３】
下側取付枠１１と上側取付枠２１との間にはハウジング５０が配設されている。
図５に示されているように、ハウジング５０における下側ねじ軸３０の延長線上には、円筒形状に形成された下側回転軸５１が配置されており、下側回転軸５１は中間部に配置された転がり軸受５２と、上端部および下端部にそれぞれ配置された滑り軸受５３、５４とによって回転自在に支承されている。
下側回転軸５１の下端部内周には下側ナット５５が嵌入されて一体回転するように固定されており、下側ナット５５は下側ねじ軸３０の雄ねじ部３１に進退可能に螺合されている。
下側回転軸５１の外周における転がり軸受５２の上側の隣接位置には、下側ウオームホイール５６が嵌合されて、一体回転するように固定されている。
ハウジング５０における上側ねじ軸４０の延長線上には、円筒形状に形成された上側回転軸６１が配置されており、上側回転軸６１は中間部に配置された転がり軸受６２と、上端部および下端部にそれぞれ配置された滑り軸受６３、６４とによって回転自在に支承されている。
上側回転軸６１の上端部内周には上側ナット６５が嵌入されて一体回転するように固定されており、上側ナット６５は上側ねじ軸４０の雄ねじ部４１に進退可能に螺合されている。
上側回転軸６１の外周における転がり軸受６２の下側の隣接位置には、上側ウオームホイール６６が嵌合されて、一体回転するように固定されている。
【００１４】
ハウジング５０にはモータ７０が水平に設置されており、モータ７０はウオーム７２が形成されたウオーム軸７１を正逆回転駆動するように構成されている。ウオーム軸７１は下側ウオームホイール５６と上側ウオームホイール６６との間に挿入されており、ウオーム７２には下側ウオームホイール５６と上側ウオームホイール６６とが両側からそれぞれ噛合されている。
すなわち、モータ７０、ウオーム軸７１、下側ウオームホイール５６および上側ウオームホイール６６は、下側回転軸５１と上側回転軸６１とを同時に正逆回転させる一つの駆動装置を構成している。
そして、下側回転軸５１と一体回転する下側ナット５５、上側回転軸６１と一体回転する上側ナット６５、下側ねじ軸３０および上側ねじ軸４０は、両回転軸５１、６１の回転によって下側取付枠１１と上側取付枠２１とを互いに反対向きに移動させる上下で一対の送りねじ軸装置を構成している。
【００１５】
ハウジング５０にはポテンショメータ８０が上向きに設置されており、ポテンショメータ８０のセンサ軸８１には従動ギヤ８２が固定されている。従動ギヤ８２は上側回転軸６１に固定された原動ギヤ８３に噛合されている。
ポテンショメータ８０は従動ギヤ８２および原動ギヤ８３を介して上側回転軸６１の回転数を計測することにより、上側取付枠２１の位置すなわち寝床３の高さを測定するように構成されている。
【００１６】
便宜上、図示は省略するが、リニアアクチュエータ１０にはカバーがテレスコープ構造に被せられている。
【００１７】
次に、作用および効果を説明する。
【００１８】
図１に示されているように、２台のリニアアクチュエータ１０、１０がベッド１の頭側と足側とにそれぞれ水平に配置され、両方のリニアアクチュエータ１０、１０の下側取付枠１１がベッド１のフレーム２にそれぞれ据え付けられ、上側取付枠２１が寝床３側にそれぞれ連結される。
【００１９】
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３を上昇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７０が正方向に回転運転されると、モータ７０の駆動力が同一のウオーム軸７１のウオーム７２によって下側ウオームホイール５６と上側ウオームホイール６６とに同時に伝達され、下側ウオームホイール５６に固定された下側回転軸５１と、上側ウオームホイール６６に固定された上側回転軸６１とがそれぞれ正方向に同時に回転されるために、下側回転軸５１に固定された下側ナット５５と、上側回転軸６１に固定された上側ナット６５がそれぞれ正方向に同時に回転される。
【００２０】
下側ナット５５と上側ナット６５とがそれぞれ正方向に同時に回転すると、下側ナット５５および上側ナット６５は下側ねじ軸３０および上側ねじ軸４０にそれぞれ上下方向に進退自在に螺合されているために、下側ナット５５は下側ねじ軸３０の雄ねじ部３１によって上昇し、上側ナット６５は上側ねじ軸４０の雄ねじ部４１によって上昇する。
下側ナット５５が下側ねじ軸３０に対して上昇するとともに、上側ナット６５が上側ねじ軸４０に対して上昇すると、下側ナット５５と上側ナット６５とが設置されたハウジング５０は下側ナット５５と上側ナット６５との上昇に追従して上昇することになる。すなわち、下側取付枠１１と上側取付枠２１との間隔が開いて行く。
この際に、下側取付枠１１および上側取付枠２１は平行定規機構１２によって案内されているので、平行移動する。しかも、平行定規機構１２の平行リンク１３と２３、１３と２３は扇歯車１６、２６によって同期されているので、横（水平）方向にずれることなく垂直に移動する。
そして、下側取付枠１１はベッド１のフレーム２に固定され、上側取付枠２１はベッド１の寝床３に連結されているために、図１（ｂ）に示されているように、寝床３は上昇して行く。
【００２１】
ここで、この際の寝床３の上昇ストロークは下側ナット５５の上昇ストロークと上側ナット６５の上昇ストロークとの和であるので、本実施の形態に係るリニアアクチュエータ１０が寝床３を上昇させ得る最大ストロークは、下側ねじ軸３０の有効長さと上側ねじ軸４０の有効長さとの和となる。
すなわち、本実施の形態に係るリニアアクチュエータ１０の最大ストロークは、一本のねじ軸を備えた通常のリニアアクチュエータの最大ストロークの二倍になる。
また、駆動部を各ねじ軸の略中央部に置いてあることや、通常のリニアアクチュエータのように駆動部がリニアアクチュエータの全長に含まれないため、同一の最大ストロークに設定した場合には、本実施の形態に係るリニアアクチュエータ１０の短縮時の全高は、一本のねじ軸を備えた通常のリニアアクチュエータの全高の半分以下になる。
例えば、通常のリニアアクチュエータと比較すると、１／２、１／４となる。
【００２２】
モータ７０の運転が停止されると、ベッド１の寝床３の荷重（患者の体重等）が下側ねじ軸３０および上側ねじ軸４０に下側ナット５５および上側ナット６５を逆方向に回転させる力として作用する状態になるために、下側ナット５５が固定された下側回転軸５１および上側ナット６５が固定された上側回転軸６１には、所謂負荷側逆回転作用力が作用する状態になる。
本実施の形態においては、下側回転軸５１および上側回転軸６１はウオーム軸７１のウオーム７２に噛合した下側ウオームホイール５６および上側ウオームホイール６６にそれぞれ固定されているために、下側回転軸５１および上側回転軸６１が負荷側逆回転作用力によって逆回転されることはない。なぜならば、回転軸のリードと摩擦係数をバランスよく選定しているからである。
したがって、リニアアクチュエータ１０は寝床３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。
【００２３】
その後、操作者が寝床３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７０が逆方向に回転運転されると、モータ７０の駆動力が同一のウオーム軸７１のウオーム７２によって下側ウオームホイール５６と上側ウオームホイール６６とに同時に伝達され、下側ウオームホイール５６に固定された下側回転軸５１と、上側ウオームホイール６６に固定された上側回転軸６１とがそれぞれ逆方向に同時に回転されるために、下側回転軸５１に固定された下側ナット５５と、上側回転軸６１に固定された上側ナット６５がそれぞれ逆方向に同時に回転される。
このことは、モータのアーマチュアシャフトに軸方向の力が発生せず、モータ内のスラスト軸受が不要となり、効率の向上をもたらす。
【００２４】
下側ナット５５は上側ナット６５とがそれぞれ逆方向に同時に回転すると、下側ナット５５および上側ナット６５は下側ねじ軸３０および上側ねじ軸４０にそれぞれ上下方向に進退自在に螺合されているために、下側ナット５５は下側ねじ軸３０の雄ねじ部３１によって下降し、上側ナット６５は上側ねじ軸４０の雄ねじ部４１によって下降する。
下側ナット５５が下側ねじ軸３０に対して下降するとともに、上側ナット６５が上側ねじ軸４０に対して下降すると、下側ナット５５と上側ナット６５とが設置されたハウジング５０は下側ナット５５と上側ナット６５との下降に追従して下降することになる。すなわち、下側取付枠１１と上側取付枠２１との間隔が閉じて行く。
そして、下側取付枠１１はベッド１のフレーム２に固定され、上側取付枠２１はベッド１の寝床３に連結されているために、図１（ａ）に示されているように、寝床３は下降して行く。
【００２５】
モータ７０の運転が停止されると、寝床３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。
なお、寝床３が下降した状態で、前述した負荷側逆回転力が下側回転軸５１および上側回転軸６１に加わったとしても、下側回転軸５１および上側回転軸６１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。
【００２６】
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。
【００２７】
（１）相対的に昇降自在な下側取付枠および上側取付枠と、下側取付枠および上側取付枠にそれぞれ回転自在に支承された一対の回転軸と、この両回転軸を回転させるためのモータと、両回転軸の回転によって下側取付枠および上側取付枠を相対的に昇降させる上下で一対の送りねじ軸装置を設けることにより、リニアアクチュエータの最大ストロークを一対の回転軸の有効長さの和に設定することができるので、通常のリニアアクチュエータの最大ストロークの二倍に延長することができる。他方、同一の最大ストロークに設定した場合には、リニアアクチュエータの短縮時の全高を通常のリニアアクチュエータの全高の半分以下に縮小することができる。
【００２８】
（２）前記（１）により、本実施の形態に係るリニアアクチュエータを医療・介護用ベッドを使用した場合には、医療・介護用ベッドの初期高さを低く設定することができるので、患者がベッドから下り易くなり、また、両方の踵が床に着くので、背の低い人でも立ち上がり易くなる。
【００２９】
（３）他方、本実施の形態に係るリニアアクチュエータの最大ストロークによれば、診療時や介護時の医療・介護用ベッドの高さを充分に確保することができるので、医師や介護者は診察や介護等を施し易くなる。
【００３０】
（４）上側取付枠と下側取付枠とを平行定規機構によって連結することにより、上側取付枠すなわち寝床を水平を維持した状態で垂直に昇降させることができるので、上側取付枠の垂直移動を案内するガイド機構を省略することができる。
【００３１】
（５）ガイド機構を省略することにより、ガイド機構の持つ摺動抵抗による弊害を回避することができるので、リニアアクチュエータひいては医療・介護用ベッドのイニシャルコストおよびランニングコストを低減することができる。
【００３２】
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。
【００３３】
例えば、回転軸側に送りねじ軸装置のナットを配設するに限らず、回転軸側に送りねじ軸装置のねじ軸を配設してもよい。
【００３４】
モータの回転を一対の回転軸に伝達する駆動力伝達装置としては、ウオーム歯車減速装置を使用するに限らず、遊星歯車減速装置等を使用してもよい。
【００３５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】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側面図であり、（ａ）は下降状態を示しており、（ｂ）は上昇状態を示している。
【図２】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下降状態の正面図である。
【図３】その側面図である。
【図４】（ａ）は平面図、（ｂ）はウオーム軸を通る部分断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】上昇状態を示す正面図である。
【図７】その側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ベッド（医療・介護用ベッド）、２…フレーム、３…寝床、
１０…リニアアクチュエータ、１１…下側取付枠（移動体）、１２…平行定規機構、
１３…下側リンク、１４…ピン、１５…ピン、１６…扇歯車、
２１…上側取付枠（移動体）、２３…上側リンク、２４…ピン、２６…扇歯車、
３０…下側ねじ軸、３１…雄ねじ部、３２…支持具、
４０…上側ねじ軸、４１…雄ねじ部、４２…支持具、
５０…ハウジング、５１…下側回転軸、５２…転がり軸受、５３、５４…滑り軸受、５５…下側ナット、５６…下側ウオームホイール、
６１…上側回転軸、６２…転がり軸受、６３、６４…滑り軸受、６５…上側ナット、６６…上側ウオームホイール、
７０…モータ、７１…ウオーム軸、７２…ウオーム、
８０…ポテンショメータ、８１…センサ軸、８２…従動ギヤ、８３…原動ギヤ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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