JP5687066B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、電気制御装置に取付けるための少なくとも１つの取付け部品を備えたリニアアクチュエータに関する。

電動リニアアクチュエータは、ベッド、椅子、テーブルなどの調節可能な家具に関して広く用いられている。こうした家具において、アクチュエータは、たとえばベッドにおける背もたれ部分又は足置き部分を調節する役割や、テーブルの高さを調節する役割を果たす。さらに、電動アクチュエータは、椅子やベッドに対して患者をのせたり降ろしたりするための患者用リフトなどの介護機器においても好適に用いることができる。

上記のようなタイプの家具や介護機器を調節する際には、個人の安全が非常に重要である。調節中は、アクチュエータは大きな力を生成するので、患者やスタッフの体の一部が意図せずして調節機構に挟まると大怪我をする可能性がある。このような問題は、クレーンタイプの患者用リフトの場合にも起こり得る。このタイプのリフトは、患者を上げ降ろしするためのカンチレバーアーム（cantilever arm）を備えた支持柱を有するものである。患者を持ち上げるためには、降ろす時とは異なり、アクチュエータが大きな力を及ぼす必要がある。しかし、挟み込みによる怪我が起こる可能性があるのは、患者を降ろす時である。特に、挟み込みによる怪我は、患者用リフトのカンチレバーアームが、患者が着地点に接触した後も下がり続け、患者に当たり、患者に圧力を加えた場合に起こる。同様に、ベッドや椅子の場合、座面や就寝面を下げる時にも、こうした挟み込みによる怪我が起こり得る。

ＵＳ６，２０１，４８１のOkinは、電動調節家具の安全装置を開示している。この装置においては、物がはさまると、接触片の形態をとるスイッチがオン状態になり、アクチュエータへの電流が遮断される。しかし、この構成においては、挟み込みの危険性があるすべての面に接触片を取付けなければならない。ベッドにおいては、典型的には、ベッドフレームと、背もたれ部分及び足置き部分との間である。この解決策は高価であり、信頼性が高いとはいえない。

ＵＳ４，４０７，０３０のMaxwell Products, Inc.は、ベッドにおける背もたれ部分と足置き部分とをそれぞれリニアアクチュエータによって調節するよう構成した調節可能ベッド用の安全装置を開示している。アクチュエータは、シャフトが長穴に挿入された状態で、後部取付け部品によってベッドに固定されている。この穴の一端には、スイッチが設けられている。通常の動作中は、シャフトは、この穴のうち、スイッチの無い前方に引き寄せられている。背もたれ部とベッドフレームとの間に何かが挟まると、シャフトは、この穴内の後方に向かって押され、これによりスイッチが入りモータへの電流が遮断される。この構成は、上述の問題に対する有用な解決策であるが、実用的ではない。スイッチが別部品として取付けられるため、スイッチを対象機器ごとに合わせ、且つ、アクチュエータ側か制御装置側のいずれかにケーブルによって接続する必要であるからである。このようなケーブル接続は難しく、費用がかかるばかりでなく、機械的損傷を受けやすい。

したがって、上記のような介護装置や家具の調節中の挟み込みによる怪我の問題に対する安全且つ簡易な解決策が求められている。

ＵＳ６，２０１，４８１ ＵＳ４，４０７，０３０

本発明の目的は、上述の問題に対する簡単な解決策を提供することである。

この目的は、リニアアクチュエータを請求項１に述べるように構成することによって達成される。すなわち、このアクチュエータにおいては、取付け部品が少なくとも１つのスイッチに関連する位置に設けられており、この取付け部品はアクチュエータ内の第１の位置と第２の位置との間で軸方向に変位可能であり、且つ少なくとも１つの位置にある時の取り付け部品がスイッチ（７）をオン状態にする。

このように、アクチュエータのハウジング内に設けられた後部取付け部品の近傍にスイッチを位置させることにより、上記の問題が解決される。この解決方法は容易に実現可能であり、信頼性が高く、費用の面でも好都合である。何よりもまず、このスイッチはアクチュエータ内に組み込まれており、したがって、アクチュエータが組み込まれる装置に新たに部品を取付ける必要が無い。さらに、取付け部品が自由に移動可能であるので、挟まった物体に及ぼす影響を最小限にとどめることが出来るという利点もある。

本発明の効果としては、アクチュエータは、スピンドルナットを一方向に動かす時、負荷を持ち上げる、又は引き寄せる。もう一方の方向においては、アクチュエータは負荷の下降を制御する。もし、障害物によって負荷の動きが逆方向に止められると、アクチュエータは、ある特定の状態に入る。この状態に入ると、アクチュエータは、負荷を持ち上げる又は引き寄せるかどうかによって、前部取付け部品と後部取付け部品とを、互いに近づける方向に引き寄せる、又は、互いに離れる方向に押し出す。取付け部品、典型的には後部取付け部品は、ハウジングに対して自由に、妨げられること無く、２つの位置の間で軸方向に変位可能に構成される。後部取付け部品は、１つの終端位置から他方の終端位置まで変位可能である。後部取付け部品の位置をモニターする少なくとも１つのスイッチを取付けることにより、障害物が存在し従って挟み込みが起こりそうであることがわかった時には、スイッチによって直接、または制御部を介して、アクチュエータへの電流を遮断することが出来る。

本発明は、単純なスイッチを用いて目的を達成しているという点で、特にシンプルである。スイッチは、アクチュエータに直接取付けてもよいし、アクチュエータ内の印刷回路基板に取付けてもよい。このスイッチは、アクチュエータの一方向への動作のための電流のみを遮断するので、アクチュエータを逆方向に動作させることにより障害物を容易に取り除くことが出来る。この点に関して、スイッチがオン状態になると自動的に逆方向動作が起こるように制御部を構成してもよい。

一実施形態においては、取付け部品はスプライン接続部によってアクチュエータに取付けられている。より正確には、スプライン接続部を構成する部材、すなわち、取付け部品と、アクチュエータにおける対応部分とは、相対的に軸方向に変位可能である。スプライン接続部は、このように長手方向において軸方向の変位を自由に行う一方で、取付け部品を回転不能に保持する。

アクチュエータにおける前記対応部分は、取付け部品の少なくとも１つの方向への軸方向変位のストッパとして機能するよう構成することもできる。これは、たとえばスプライン接続部における少なくとも１つのガイド部の一端を閉じておく、または、スプライン接続部の少なくとも１つの突起片またはピンにストッパ部を取付けることによって実現できる。

軸方向変位可能な取付け部品は、アクチュエータを囲むハウジングによって部分的に囲まれている。したがって、ハウジングは、取付け部品の少なくとも１つの方向への軸方向変位のストッパとして機能する。これにより、取付け部品がスプライン接続部から外れるのを防ぐことが出来る。

一実施例においては、スプライン接続部は、アクチュエータにおける対応するガイド部内に摺動により嵌る複数のピン、典型的には４つのピンを有する。これによれば、取付け部品上のこれらのピンの少なくとも１つによってスイッチをオン状態にすることができ、実用的である。これは、ピンが後部取付け部品と共にアクチュエータに対して軸方向に変位した時にスイッチをオン状態にすることができる、ピン近傍の位置に、スイッチを位置させることにより実現可能である。スイッチは、好適には、アクチュエータ内の凹部または中空部に、スプライン接続部に関連づけて取付けられる。

軸方向変位可能な取付け部品は、アクチュエータ内に組み入れられた単純な構造であり、したがって場所をとらない。本発明は、後部取付け部品に関連させて記載しているが、アクチュエータにおける他の取付け部品、たとえば前部取付け部品によっても実現可能である。

安全機能に関する全ての配線接続はアクチュエータ内に組み込まれており、挟み込みからの保護機能部分を接続するための外部への接続に代わるものである。

本発明によるリニアアクチュエータの実施形態を、添付図面を参照して以下に詳細に述べる。

図１は、電動アクチュエータの縦断面図である。 図２は、患者用リフトを示す。 図３は、図１のアクチュエータにおけるハウジングを除いた部分を、後部取付け部品がスイッチをオン状態にする軸方向変位位置にある時のスイッチ用印刷回路基板の詳細図とともに示す。 図４は、図３のアクチュエータを、後部取付け部品がスイッチをオン状態にしない軸方向変位位置にある時のスイッチ用印刷回路基板の詳細図とともに示す。 図５は、変位可能後部取付け部品の詳細図である。

図１に示した電動式の線形アクチュエータは、ハウジング１４を備える。このハウジングは、可逆低電圧ＤＣモータ１５を収容している。このモータの上方に設けられたウォーム駆動機構１６と遊星歯車機構１７を介してスピンドル１８を駆動する。スピンドルには、スピンドルナット１９が回転不能に装着されている。ウォーム駆動機構１６と遊星歯車機構１７は、モータ１５の正面端部に取付けられた管状のコンソール２０内の中空部に位置している。管状ロッドの形態を有する駆動素子２をガイドするためのガイド管２１の一端がハウジング１４に固定されている。駆動素子２の後端はスピンドルナット１９に固定されている。駆動素子の前端には、前部取付け部品３が取付けられている。この前部取付け部品は、アクチュエータの前部において、たとえば患者用リフトなどの構造体における可動部に対して、このアクチュエータを取付けるためのものである。アクチュエータの他端、すなわち後端には、後部取付け部品４が設けられている。この後部取付け部品は、前記構造体の固定部に固定されるものである。これによれば、アクチュエータが駆動素子２を一方向又はこれと反対の方向に移動させる時、前記構造体の可動部の位置が調節されることになる。

図２に示した装置は、クレーンタイプの患者用リフトである。このリフトは、負荷を保持するために設けられたカンチレバーアーム（cantilever arm）５を有する。カンチレバーアームは、この装置のフレームにおける支持柱の上端に、水平軸まわりに回転可能に嵌めこまれており、垂直面内で移動させられる。アクチュエータ１の前部取付け部品３がカンチレバーアームに接続され、後部取付け部品４がフレームにおける支持柱の下端に接続され状態で、アクチュエータ１よってカンチレバーアームの高さを調節し、カンチレバーアームに支持された負荷を昇降させることができる。

図３及び図４は、アクチュエータ１におけるハウジングを除いた部分を示している。後部取付け部品４に関連して、プリント回路基板６とスイッチ７とが設けられている。後部取付け部品４は、ハウジングに対して軸方向に変位可能に設けられており、２つの終端位置のうち少なくとも１つに変位した状態でスイッチ７をオン状態にする。したがって、スイッチ７の状態は、後部取付け部品の位置に対応する。図３は、この軸方向に変位可能な後部取付け部品４がスイッチ７をオンにした状態を示す。図４は、この軸方向に変位可能な後部取付け部品４がスイッチ７をオンにしていない状態を示す。この患者用リフトにおいては、通常、アクチュエータ１はその自重と支持された負荷とによって圧縮された状態にあり、従って後部取付け部品４は、最も内側の位置、すなわち、図３に示すようにアクチュエータ内に押し込まれた位置にある。実際には、後部取付け部品４はこの位置に固定されている状態で、アクチュエータ１の残りの部分が後部取付け部品４に対して押し下げられている。負荷を下降させる時、この負荷が完全に降ろされて着地点に接触するまでは、アクチュエータはこの負荷によって常に圧縮された状態に保たれる。次に、アクチュエータが、その引張力により荷重に対して下方への押圧を行い始めた時には、前記軸方向に変位可能な後部取付け部品は、最も外側の位置まで変位し、スイッチの状態を切り替える。実際には、後部取付け部品は固定されているので、図４に示す位置まで外方すなわち上方に実際に引っ張られるのは、アクチュエータ１の残りの部分である。スイッチ７は、アクチュエータ１への電流を直接遮断してもよいし、制御部への制御信号として機能し、これを受けて制御部がアクチュエータ１への電流を遮断してもよい。あるいは、制御部はアクチュエータ１を逆に動作させてもよい。すなわち、駆動素子２を外向きに押し、負荷にかかる圧力を無効にし、これにより前記軸方向に変位可能な後部取付け部品は、他方の変位端へと変位し、スイッチの状態を切り替える。

具体的には、スイッチ７は、ハウジング内のガイド部材８に挿入された印刷回路基板６に取り付けられている。スイッチの接触アーム９はハウジング内の凹部１０に挿入されている。この凹部内で、軸方向に変位可能な後部取付け部品４が、変位によりスイッチ７をオン状態にする。後部取付け部品４は４つのピン１１を備えており、これらのピンは、アクチュエータに設けられた４つのガイド部１２と協働して、スプライン接続部として機能している。つまり、穴１３を９０°ずつ回転させた状態で後部取付け部品４をアクチュエータ１に取付けることができ、これによりアクチュエータ１を対象となる装置に素早く適合させて取付けることができる。ガイド部１２の１つは、スイッチの接触アーム９が設けられている凹部１０につながっており、この凹部内で、後部取付け部品側のスプライン接続部であるピン１１がスイッチ７をオン状態にする。ガイド部１２の深さによって、後部取付け部品４の１つの方向における軸方向変位の大きさが決まる。後部取付け部品４が装置から抜け落ちないようにするため、ハウジング１の外殻部が後部取付け部品４を囲みストッパを構成することによってロックしている。

図３及び図４は、２つの詳細図も示している。図３の詳細図からわかるように、変位可能な後部取付け部品４はガイド部１２内を変位されており、したがって、アクチュエータ１は負荷を支持することによって圧縮された通常状態にある。この状態ではスイッチ７はオン状態であり、従って負荷が下降するように方向を反対にすることができる状態である。図４の詳細図は、負荷が下降させられて着地点に接触し、したがってアクチュエータ１が引張状態となり負荷に押圧力を及ぼす時に何が起こるかを示している。前記軸方向に変位可能な後部取付け部品４は変位し、これによりスイッチ７がオフ状態となり、アクチュエータ１への電流が遮断される。したがって、負荷にさらに押圧力がかかることが無い。スイッチ７は、引張状態にあるアクチュエータ１の動作に対してのみ遮断を行うので、アクチュエータ１は適切に逆方向に動作することができ、負荷にかかる押圧力を取り除くことができる。前記軸方向に変位可能な後部取付け部品４が再び変位させられてスイッチ７がオン状態になると、アクチュエータ１はすぐに通常の方法で反対方向に駆動できる。

図５の詳細図は、変位可能な後部取付け部品４の移動における２つの停止位置を示している。一方向における停止位置は、スプライン接続部１２であるガイドの底部によって形成されている。もう一方の方向における停止位置は、ハウジング１４によって形成されている。図からわかるように、後部取付け部品４がアクチュエータの外側に変位した時にスイッチが切り替わり、移動が停止される。従って、一方向への動きに対する、ハウジングのストッパとしての機能は通常は使用されない。

実際上、アクチュエータが取付けられた状態では、後部取付け部品は固定状態であり、アクチュエータにおける残りの部分が後部取付け部品に対して軸方向に変位可能するものである。

本発明は、通常状態で引張状態にあるアクチュエータに関して使用することも可能である。この場合、単にスイッチ７を逆に機能させればよい。

本発明を患者用リフトに関連させて説明したが、本発明をたとえば、病院、介護施設、自宅等で用いるためのベッド、椅子、テーブルなどの他の調節可能な家具に用いることも出来る。

Claims (9)

1. 伝動機構（１６、１７）を介してスピンドル（１８）を駆動するモータ（１５）と、
   電気制御部と、を備え、
   前記スピンドル（１８）には、駆動素子（２）を保持するスピンドルナット（１９）が回転不能に装着されているアクチュエータ（１）であって、
   前記アクチュエータ（１）はさらに、
   前記アクチュエータ（１）を取付けるための少なくとも１つの取付け部品（３，４）と、
   前記モータ（１５）を収容するハウジング（１４）と、
   前記駆動素子（２）をガイドするためのガイド管（２１）と、
   を備えており、
   前記ガイド管（２１）の一端は前記ハウジング（１４）に固定されており、
   前記駆動素子（２）の一端は前記スピンドルナット（１９）に固定されており、
   前記取付け部品（３，４）は少なくとも１つのスイッチ（７）に関連づけて位置しており、
   前記取付け部品（３，４）は、前記アクチュエータ（１）が圧縮状態となったときにもたらされる通常状態である第１の位置と前記アクチュエータ（１）が引張状態となったときにもたらされる第２の位置との間で軸方向に変位可能であり、
   前記第１の位置にある取付け部品（３，４）がスイッチ（７）をオン状態にするとともに、前記第２の位置にある取付け部品（３，４）がスイッチ（７）をオフ状態とするように構成された、リニアアクチュエータ（１）。
2. 前記取付け部品（３，４）は、アクチュエータの後端に位置する後部取付け部品（４）である、請求項１に記載のリニアアクチュエータ（１）。
3. 前記スイッチ（７）は、オフ状態とされた時に、アクチュエータ（１）のモータへの電流を直接的又は間接的に遮断する、請求項１に記載のリニアアクチュエータ（１）。
4. 前記スイッチ（７）は、アクチュエータ（１）に取付けられた印刷回路基板（６）に設けられている、請求項１に記載のリニアアクチュエータ（１）。
5. 前記取付け部品（３，４）は、スプライン接続部（１１，１２）によってアクチュエータ（１）に取付けられている、請求項１に記載のリニアアクチュエータ（１）。
6. 前記スプライン接続部（１１，１２）の部品は、相対的に軸方向に変位可能であり、前記取付け部品（３，４）の軸方向変位における少なくとも１つの方向でのストッパを形成している、請求項５に記載のリニアアクチュエータ（１）。
7. 前記軸方向に変位可能な取付け部品（３，４）の一部はハウジングによって囲まれており、前記ハウジングは、さらに、前記取付け部品（３，４）の軸方向移動における少なくとも１つの方向でのストッパとして機能する、請求項１に記載のリニアアクチュエータ（１）。
8. スプライン接続部（１１，１２）を形成する部品内における、前記取付け部品（３，４）上の少なくとも１つのピン（１１）が、スイッチ（７）を作動状態にするために設けられている、請求項５に記載のリニアアクチュエータ（１）。
9. 前記スイッチ（７）は、前記取付け部品（３，４）に設けられたスプライン接続部（１１，１２）に関連づけて、アクチュエータ（１）内の凹部（１０）内に取付けられている、請求項１〜８のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ（１）。

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