JP2011120331A - リニアアクチュエータ - Google Patents

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Abstract

【課題】異なる仕様にも柔軟に対応することができると共に、コストアップを抑えつつ、組付性や信頼性、レイアウト性に優れたリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】スライダ15の摺動動作により、ピストン9の位置を検出するマイクロスイッチ11,12のON/OFFを行う。モータ2の回転に伴い、スクリューナット8が各停止位置L,U方向に移動すると、ストライカ25は、スライダ15の各当接部23,24に当接し、スライダ15は、ストライカ25と共に各停止位置L,U方向に移動する。スライダ15には、マイクロスイッチ11,12が固定されており、スクリューナット8が各停止位置L,Uに来ると、各スイッチ釦11a,12aがスイッチ突起14の斜面14a,14bに当接して各マイクロスイッチ11,12が作動し、モータ2が停止する。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば、医療・介護用ベッド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し、特に、アクチュエータの動作範囲を規制するマイクロスイッチの作動構造に関する。
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等を行う電動ベッドが広く用いられている。このような電動ベッド用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。
送りねじ式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、このシャフトに対し、モータの回転を減速して伝達するウオーム歯車減速装置を備えている。シャフトには、雄ねじ部に螺合し、シャフトの回転によって移動する雌ねじ部材(送り用ナット)が取り付けられる。雌ねじ部材には移動筒が連結されており、移動筒は、雌ねじ部材と共に移動する。移動筒には、ベッドを上下させたり、ベッドの背部や膝部を傾斜させたりするためのリンクが、連結具を介して接続される。モータが回転すると、シャフトが減速されて回転し、このシャフトの回転に伴って、移動筒が移動する。移動筒がアクチュエータのケースに対して進退移動すると、移動筒に連結されたリンク機構により、ベッドの上下やリクライニング等が行われる。
一方、この種のリニアアクチュエータでは、移動筒のストローク端を検出するため、リミットスイッチ(マイクロスイッチ)が使用される。例えば、特許文献1には、移動筒のストローク端をリミットスイッチによって検出することにより、モータの運転を自動的に停止させる構成が記載されている。
また、アクチュエータの停止位置精度を確保すべく、リミットスイッチを作動させるためのストライカを設けたリニアアクチュエータも提案されている(例えば、特許文献2)。図5は、ストライカを備えたリニアアクチュエータの構成を示す説明図である。図5のリニアアクチュエータ50は、駆動源であるモータ51と減速機構部52が収容されたモータユニット53と、リミットスイッチ54が配置されたリミットスイッチユニット55からなる。リミットスイッチ54a,54bは、リミットスイッチユニット55内のアクチュエータストロークの上下限位置に設置される。
リミットスイッチユニット55内には、ストロークに対応した細長い基板56が設けられ、細長い基板上に下限用と上限用のリミットスイッチ54a,54bが配置される。基板上のリミットスイッチ54a,54bは、他の回路素子と共にユニットとして構成されており、ケース57内のピストン(移動筒)58周辺に配置される。ピストン58は、シャフト59に螺合装着されたスクリューナット60に固定されている。シャフト59は、モータ51によって回転駆動され、シャフト59の回転に伴い、スクリューナット60と共にピストン58が軸方向に移動する。スクリューナット60にはまた、スプリング61を介して、ストライカ62が取り付けられている。ストライカ62は、リニアアクチュエータ50の移動限位置にて、リミットスイッチ54a,54bに当接する。そして、ストライカ62がリミットスイッチ54a,54bの釦を押すことにより、所定の移動限にてアクチュエータが停止する。
特開2004-218720号公報 特開2008-95790号公報 特開2008-95791号公報
ところが、このようなリニアアクチュエータでは、アクチュエータの仕様(ストローク長)の違いにより、多種のリミットスイッチユニットが必要となるため、仕様ごとに基板その他を新規部品とする必要があり、部品の種類が増加し、製品コストの増大を招くという問題があった。また、リミットスイッチユニットに取り付けられる基板は、幅が狭く細長いため、基板の変形等が発生し易く、アクチュエータの信頼性を低下させる一因ともなるという問題もあった。この場合、細長い基板は、ハンダ作業性も悪く、金型での製造が難しいため、コストアップの要因ともなると共に、長い基板をケース内にて保持するホルダが必要となるため、部品点数も増加するという問題もあった。さらに、基板やリミットスイッチ、ストライカなどをケース内に配置する必要があり、これらの部品を収容する部分が装置から張り出し、装置が大型化してレイアウト性が良くないという問題もあった。
加えて、図5のような装置では、スクリューナット60にストライカ62を取り付ける作業は、両者間にスプリング61を介在させる作業となるため、作業性が悪く、装置構造も複雑となるという問題があった。
本発明の目的は、仕様の異なるアクチュエータにも柔軟に対応することができると共に、コストアップを抑えつつ、組付性や信頼性、レイアウト性に優れたリニアアクチュエータを提供することにある。
本発明のリニアクチュエータは、モータの駆動力によって回転するシャフトと、該シャフトの回転を受けて直線的に移動する移動体と、該移動体が一方側の移動端に位置している状態を検出する第1スイッチと、該移動体が他方側の移動端に位置している状態を検出する第2スイッチと、を備えてなるリニアクチュエータであって、前記移動体と共に移動するストライカと、前記ストライカと連係して移動し、前記移動体の所定位置への移動により前記第1又は第2スイッチを作動させるスライダと、を有することを特徴とする。
本発明にあっては、移動体と共に移動するストライカと連係して移動するスライダを設け、このスライダの移動により、移動体の位置を検出するスイッチのON/OFFを行う。シャフトの回転に伴って移動体が移動し各移動端近傍に来ると、ストライカとスライダが協働し、移動体が各移動端に来たとき、スライダの動作により、第1又は第2スイッチが選択的に作動する。これにより、簡単な構造でありながら、アクチュエータの停止位置を精度良く制御することができ、組付け作業も簡素化される。
前記リニアクチュエータにおいて、前記第1及び第2スイッチを前記スライダに取り付けて該スライダと共に移動させ、前記移動体の移動に伴い、前記各移動端の近傍にて、前記ストライカと前記スライダを当接させ、前記ストライカが当接した後、前記スライダと前記ストライカを共に移動させて、前記移動体が一方側の移動端に来たとき前記第1スイッチのみを作動させ、前記移動体が他方側の移動端に来たとき前記第2スイッチのみを作動させるようにしても良い。
当該リニアクチュエータに、前記第1及び前記第2スイッチにそれぞれ設けられたスイッチ釦に当接し、前記第1又は第2スイッチを選択的にON/OFFさせるスイッチ押圧手段をさらに設け、前記スイッチ押圧手段が、前記移動体が一方側の移動端に来たとき、前記第1スイッチの前記スイッチ釦に当接し、前記移動体が他方側の移動端に来たとき、前記第2スイッチの前記スイッチ釦に当接するようにしても良い。
また、当該リニアクチュエータに、前記シャフトが収容されるケースと、前記ケースに接続され、前記第1及び第2スイッチが収容されるフレームとを設け、前記スライダを、前記ケース内に、前記移動体の移動方向に沿って摺動自在に保持し、前記スイッチ押圧手段を、前記各スイッチ釦に対向する形で、前記フレーム内に設置しても良い。
さらに、前記スイッチ押圧手段に、前記移動体が一方側の移動端に来たとき、前記第1スイッチの前記スイッチ釦に当接する第1当接斜面と、前記移動体が他方側の移動端に来たとき、前記第2スイッチの前記スイッチ釦に当接する第2当接斜面と、を設けても良い。
加えて、前記スライダに、前記ストライカが収容されると共に該ストライカが前記移動体の移動方向に沿って移動可能なストライカ移動溝を設け、また、前記ストライカ移動溝に、前記移動体が一方側の移動端近傍に位置するとき、前記ストライカと当接する第1当接部と、前記移動体が他方側の移動端近傍に位置するとき、前記ストライカと当接する第2当接部と、を設け、前記各移動端に向かって移動する前記ストライカは、前記第1又は第2当接部と当接した後は、前記スライダと共に前記各移動端方向に移動するようにしても良い。
本発明のリニアクチュエータによれば、モータの駆動力によって回転するシャフトと、シャフトの回転を受けて直線的に移動する移動体と、移動体の位置を検出するスイッチとを備えたリニアクチュエータにて、移動体と共に移動するストライカを設けると共に、ストライカと連係して移動するスライダを設け、このスライダの動作により、スイッチのON/OFFを行うようにしたので、簡単な構造でありながら、アクチュエータの停止位置を精度良く制御することができる。また、簡単な装置構造のため、組付け作業が簡素化されると共に、故障原因も少なくなり、装置の信頼性向上も図られる。さらに、アクチュエータのストロークに合せたストライカを設定すれば、容易に仕様変更が可能であり、仕様ごとに新規部品を設計・製造する必要がなくなり、製品コストの低減を図ることが可能となる。
本発明の一実施例であるリニアアクチュエータの構成を示す説明図である。 図1のリニアアクチュエータのA−A線に沿った断面図である。 下限停止位置Lにおけるリニアアクチュエータの状態を示す説明図である。 上限停止位置Uにおけるリニアアクチュエータの状態を示す説明図である。 ストライカを備えた従来のリニアアクチュエータの構成を示す説明図である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例であるリニアアクチュエータ1の構成を示す説明図である。本実施例のリニアアクチュエータ1は、例えば、医療・介護用ベッドの背部のマットを起伏させる駆動源として使用される。リニアアクチュエータ1は、駆動源であるモータ2と減速機構部3が収容されたモータユニット4を備えている。モータユニット4には、本体フレーム5が取り付けられている。本体フレーム5には、ケース6が取り付けられている。ケース6内には、減速機構部3に接続されたスクリューシャフト7と、スクリューシャフト7に螺合装着されたスクリューナット8が収容されている。
スクリューナット8には、ピストン(移動体)9が取り付けられている。ピストン9は、ケース6に対して、軸方向(図1において左右方向)に移動自在となっている。モータ2によってスクリューシャフト7が回転駆動されると、ピストン9は、スクリューナット8と共に軸方向に移動し、ケース6の右端側にて進退する。当該リニアアクチュエータ1では、固定端側であるケース6や本体フレーム5は、図示しないベッドのフレームに、揺動自在に取り付けられる。これに対し、自由端側であるピストン9の先端は、ベッド背部のマットを起伏させるための図示しないリンク機構に接続されている。リニアアクチュエータ1のピストン9が短縮状態となっている場合には、マットは水平に倒伏されており、ピストン9が伸長すると、マットが徐々に起立状態となる。
リニアアクチュエータ1には、マットの倒伏・起立位置を制限すべく、ピストン9の進退位置を検出し規制するためマイクロスイッチ11,12が設けられている。マイクロスイッチ11は、ピストン9を図中左方の移動限界位置(マットが水平状態となる位置:以下、下限停止位置Lと称する)に停止させるためのスイッチであり、マイクロスイッチ12は、ピストン9を図中右方の移動限界位置(マットが起立状態となる位置:以下、上限停止位置Uと称する)に停止させるためのスイッチである。マイクロスイッチ11,12は、本体フレーム5内に配置されたプリント基板13上に実装されている。
マイクロスイッチ11,12は、同仕様のスイッチが逆向きに並列配置されており、マイクロスイッチ11,12のスイッチ釦11a,12aは、図2に示すように、スクリューシャフト7の中心軸Osを挟んで対称に配置されている。また、スイッチ釦11a,12aは、マイクロスイッチ11,12の中心M(図3参照)に対しても対称に配置されている。すなわち、スイッチ釦11aは、中心Mに対し、下限停止位置L側に距離Sだけシフトした位置に配置される一方、スイッチ釦12aもまた、中心Mに対し、上限停止位置U側に距離Sだけシフトした位置に配置される。
本体フレーム5内のスイッチ釦11a,12aの上方には、スイッチ突起(スイッチ押圧手段)14が設けられている。マイクロスイッチ11,12は、スイッチ突起14がスイッチ釦11a,12aに当接・離反することにより、ON/OFFされる。図1に示すように、スイッチ突起14は、両側が斜面となった山型に形成されている。スイッチ突起14の下限停止位置L側(図1において左側)の斜面14a(第1当接斜面)は、スイッチ釦11aに当接して、下限停止用のマイクロスイッチ11をON/OFFさせる。同じく上限停止位置U側(図1において右側)の斜面14b(第2当接斜面)は、スイッチ釦12aに当接して、上限停止用のマイクロスイッチ12をON/OFFさせる。
このように、当該リニアアクチュエータ1では、マイクロスイッチ11,12をプリント基板13上に集中実装しており、プリント基板13を本体フレーム5内に設置することができる。このため、ケース6の張り出しを最小限に抑えることができ、装置の小型化が図られると共に、リニアアクチュエータのレイアウト性も向上する。また、マイクロスイッチ11,12が集中配置されるため、ストロークバリエーションに関係なく、プリント基板13を1種類に集約することができ、部品の種類を減らし、コスト削減を図ることが可能となる。さらに、従来のリニアアクチュエータのように、細長いプリント基板を用いる必要がなくなるため、基板の曲がりが発生しにくくなると共に、ハンダ作業性が向上し、金型での製造も可能となる。加えて、プリント基板をケース内に保持するホルダ部材も不要となるため、組付け作業が簡素化され、生産コストの低減が図られる。
リニアアクチュエータ1では、これらのマイクロスイッチ11,12は、スクリューナット8に連動するスライダ15によって、ON/OFFされる。スライダ15は、図2に示すように、スイッチベース16と、スライドプレート17とからなり、ケース6に設けられたスライダ収容部18に取り付けられている。スイッチベース16上には、マイクロスイッチ11,12が実装されたプリント基板13が固定されている。スライドプレート17は、スイッチベース16と一体となっており、軸方向に沿って延びるフランジ部19が形成されている。これに対し、スライダ収容部18には、軸方向に沿って、スライダ保持溝21が形成されている。フランジ部19は、このスライダ保持溝21内に、軸方向に沿って摺動自在に取り付けられる。
スライドプレート17にはまた、軸方向に沿って延びるストライカ移動溝22が形成されている。ストライカ移動溝22の両端部は当接壁によって閉じられた形となっており、下限停止位置L側の端部には下限側当接部23、上限停止位置U側の端部には上限側当接部24が設けられている。ストライカ移動溝22は、図1において下面側が開口しており、溝内には、スクリューナット8に設けられたストライカ25が収容されている。ストライカ25は、スクリューシャフト7が回転駆動されると、スクリューナット8と共に、ストライカ移動溝22内を軸方向に移動する。
このようなスライダ15を備えたリニアアクチュエータ1では、次のようにして、下限,上限の停止位置制御が行われる。まず、図1の状態では、ストライカ25が何れの当接部23,24にも接触しておらず、スライダ15は中立状態となる。このとき、スイッチ突起14は、スイッチ釦11a,12aの何れをも押した状態とはなっておらず、各マイクロスイッチ11,12はOFF状態となる。当該リニアアクチュエータ1では、スクリューナット8が下限・上限の中間位置にある場合には、スライダ15は確実に中立状態に戻る。このため、中間位置にてストライカがスイッチ釦を押したままとなってしまう状態を防ぐためのリターン機構を、スプリング等を用いて設ける必要がなく、装置構造が簡素化され、コスト削減や信頼性向上が図られる。このように、スクリューナット8が中間位置にあるとき、モータ2に対する給電は遮断されず、ベッドのリクライニングスイッチが操作されれば、マットは倒伏・起立何れの方向にも作動する。
図1の状態で、例えば、マットを倒伏させる方向にリクライニングスイッチが操作されると、モータ2の回転に伴い、スクリューナット8は下限停止位置L方向(図1において左方向;一方側)に移動する。スクリューナット8が下限停止位置L方向に移動すると、ストライカ25もまたストライカ移動溝22内を同方向に移動し、下限側当接部23に当接する。その状態で、さらにスクリューナット8が下限停止位置L方向に移動すると、ストライカ25は、下限側当接部23を左方に押し、スライダ15が左方に移動する。スライダ15の移動に伴い、スライダ15上のマイクロスイッチ11,12も左方に移動し、やがて、スイッチ釦11aがスイッチ突起14の斜面14aに当接する。
そして、スクリューナット8の移動と共に、スイッチ釦11aが斜面14aによって押し込まれ、マイクロスイッチ11がON状態となる。これにより、モータ2に対する給電が遮断され、スクリューシャフト7の回転が停止し、ピストン9が短縮状態となってマットが水平に倒伏状態となる。なお、この状態では、スイッチ突起14の斜面14bは、スイッチ釦12aから離れており、マイクロスイッチ12は作動しない。
一方、図1の状態で、例えば、マットを起立させる方向にリクライニングスイッチが操作されると、モータ2の回転に伴い、スクリューナット8は上限停止位置U方向(図1において右方向;他方側)に移動する。スクリューナット8が上限停止位置U方向に移動すると、先程の場合とは逆に、ストライカ25がストライカ移動溝22内を上限停止位置U方向に移動し、上限側当接部24に当接する。その状態で、さらにスクリューナット8が上限停止位置U方向に移動すると、ストライカ25は、上限側当接部24を右方に押し、スライダ15が右方に移動する。スライダ15が移動すると、スライダ15上のマイクロスイッチ11,12も右方に移動し、やがて、スイッチ釦12aがスイッチ突起14の斜面14bに当接する。
そして、スクリューナット8の移動と共に、スイッチ釦12aが斜面14bによって押し込まれ、マイクロスイッチ12がON状態となる。これにより、モータ2に対する給電が遮断され、スクリューシャフト7の回転が停止し、ピストン9が伸長状態となってマットが起立状態となる。なお、この場合も、スイッチ釦11aは解放状態となっており、マイクロスイッチ11は作動しない。
このように、本発明によるリニアアクチュエータ1では、スライダ15の移動により、マイクロスイッチ11,12のON/OFFを行うので、簡単な構造でありながら、アクチュエータの停止位置を精度良く制御することができる。特に、マイクロスイッチ11,12やスイッチ突起14が本体フレーム5側に設置されるため、各寸法公差が集積しても安定した停止位置精度が確保でき、停止位置精度の向上が図られる。また、簡単な装置構造のため、組付け作業が簡素化されると共に、故障原因も少なくなり、装置の信頼性向上も図られる。さらに、アクチュエータのストロークに合せたストライカを設定すれば、容易に仕様変更が可能であり、仕様ごとに新規部品を設計・製造する必要がなくなり、製品コストの低減を図ることが可能となる。
なお、マイクロスイッチ11,12のスイッチ釦11a,12aは、スイッチ突起14の斜面14a,14bによって上方から押下げられるため、スイッチメーカ推奨の操作方式(垂直方向からのON/OFF)に近い形でスイッチを使用でき、装置の信頼性や耐久性も向上する。また、ストライカにスプリング等を組み付ける必要がないため、組付け作業が簡素化されると共に、故障原因も少なくなり、装置の信頼性向上も図られる。
本発明は前記実施例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、前述の実施例では、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には限定されず、自動車や家電製品等、作動部位を有する各種機械・装置に広く適用可能である。
1 リニアアクチュエータ
2 モータ
3 減速機構部
4 モータユニット
5 本体フレーム
6 ケース
7 スクリューシャフト
8 スクリューナット
9 ピストン
11 マイクロスイッチ(第1スイッチ)
11a スイッチ釦
12 マイクロスイッチ(第2スイッチ)
12a スイッチ釦
13 プリント基板
14 スイッチ突起(スイッチ押圧手段)
14a 斜面(第1当接斜面)
14b 斜面(第2当接斜面)
15 スライダ
16 スイッチベース
17 スライドプレート
18 スライダ収容部
19 フランジ部
21 スライダ保持溝
22 ストライカ移動溝
23 下限側当接部
24 上限側当接部
25 ストライカ
50 リニアアクチュエータ
51 モータ
52 減速機構部
53 モータユニット
54 リミットスイッチ
54a,54b リミットスイッチ
55 リミットスイッチユニット
56 基板
57 ケース
58 ピストン
59 シャフト
60 スクリューナット
61 スプリング
62 ストライカ
L 下限停止位置
U 上限停止位置
Os 中心軸
M マイクロスイッチ中心
S マイクロスイッチ中心とスイッチ釦との間の距離

Claims (6)

  1. モータの駆動力によって回転するシャフトと、該シャフトの回転を受けて直線的に移動する移動体と、該移動体が一方側の移動端に位置している状態を検出する第1スイッチと、該移動体が他方側の移動端に位置している状態を検出する第2スイッチと、を備えてなるリニアクチュエータであって、
    前記移動体と共に移動するストライカと、
    前記ストライカと連係して移動し、前記移動体の所定位置への移動により前記第1又は第2スイッチを作動させるスライダと、を有することを特徴とするリニアクチュエータ。
  2. 請求項1記載のリニアクチュエータにおいて、
    前記第1及び第2スイッチは前記スライダに取り付けられ、該スライダと共に移動し、
    前記ストライカは、前記移動体の移動に伴い、前記各移動端の近傍にて前記スライダと当接し、
    前記スライダは、前記ストライカが当接した後、該ストライカと共に移動し、前記移動体が一方側の移動端に来たとき前記第1スイッチのみを作動させ、前記移動体が他方側の移動端に来たとき前記第2スイッチのみを作動させることを特徴とするリニアクチュエータ。
  3. 請求項2記載のリニアクチュエータにおいて、
    該リニアクチュエータはさらに、前記第1及び前記第2スイッチにそれぞれ設けられたスイッチ釦に当接し、前記第1又は第2スイッチを選択的にON/OFFさせるスイッチ押圧手段を有し、
    前記スイッチ押圧手段は、前記移動体が一方側の移動端に来たとき、前記第1スイッチの前記スイッチ釦に当接し、前記移動体が他方側の移動端に来たとき、前記第2スイッチの前記スイッチ釦に当接することを特徴とするリニアクチュエータ。
  4. 請求項3記載のリニアクチュエータにおいて、
    該リニアクチュエータは、前記シャフトが収容されるケースと、前記ケースに接続され、前記第1及び第2スイッチが収容されるフレームとを有し、
    前記スライダは、前記ケース内に、前記移動体の移動方向に沿って摺動自在に保持され、
    前記スイッチ押圧手段は、前記各スイッチ釦に対向する形で、前記フレーム内に設置されることを特徴とするリニアクチュエータ。
  5. 請求項3又は4記載のリニアクチュエータにおいて、
    前記スイッチ押圧手段は、前記移動体が一方側の移動端に来たとき、前記第1スイッチの前記スイッチ釦に当接する第1当接斜面と、前記移動体が他方側の移動端に来たとき、前記第2スイッチの前記スイッチ釦に当接する第2当接斜面と、を有することを特徴とするリニアクチュエータ。
  6. 請求項1〜4の何れか1項に記載のリニアクチュエータにおいて、
    前記スライダは、前記ストライカが収容されると共に、該ストライカが前記移動体の移動方向に沿って移動可能なストライカ移動溝を有し、
    前記ストライカ移動溝は、前記移動体が一方側の移動端近傍に位置するとき、前記ストライカと当接する第1当接部と、前記移動体が他方側の移動端近傍に位置するとき、前記ストライカと当接する第2当接部と、を有し、
    前記各移動端に向かって移動する前記ストライカは、前記第1又は第2当接部と当接した後、前記スライダを伴って前記各移動端方向に移動することを特徴とするリニアクチュエータ。
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