JP2004180457A - Driving servomotor for medical equipment and servomotor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温加圧蒸気に耐え得る医療用機器の駆動用サーボモータ及びサーボモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
医療用機器、特に外科手術や歯科医療等の現場で用いられる医療用機器は、細菌,ウィルス等が当該機器を介して患者に感染することを防止するために、使用の前後に例えば高温加圧蒸気による滅菌処理が施される。従って、上記医療機器に組み込まれる駆動用モータは小形化を図りつつ高温加圧蒸気に耐え得る構成にする必要があり、これに対応するものとして、ブラシレスモータのヨーク表面に耐錆性金属薄層を形成した発明が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−351211号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記ブラシレスモータは歯科用研磨装置の研磨用ドリルを高速回転させるためのものであり、例えば医療用マニピュレータの駆動用モータのように高い位置決め精度が要求されるものには適していない。医療用マニピュレータの駆動用モータは、ロータの回転位置を高精度で検出するエンコーダ、回転軸を所定位置で確実に保持する軸受等を備えたサーボモータから構成する必要がある。このため、モータ全体の構成が複雑であり、単にヨーク表面に防錆処理を施しただけでは十分ではなかった。
【0005】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温加圧蒸気による滅菌処理を行っても高い位置決め精度を確保することができる医療用機器の駆動用サーボモータ及びサーボモータを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1の医療用機器の駆動用サーボモータ及び請求項5のサーボモータは、筒状のステータヨークと、前記ステータヨークの軸方向両端部に設けられた軸受と、前記ステータヨークの内周部に配置され、前記軸受に回転可能に支持されたシャフト及び前記シャフトの外周面に装着された永久磁石を備えるロータと、前記ステータヨークの内周面に設けられ前記永久磁石と対向するように周方向に配置された複数の空芯コイルと、前記ステータヨークの内周面に設けられ前記ロータの回転位置を検出する検出部を有するエンコーダとを具備し、前記永久磁石の外周面と所定の間隙を介して対向配置され前記ステータヨークとの間に前記空芯コイル及び前記検出部を保持する非磁性体からなる薄肉シートを有すると共に、前記軸受を少なくとも転動体がセラミックからなる玉軸受から構成したことを特徴とする。
【0007】
上記構成によれば、薄肉シートにより空芯コイル及びエンコーダの検出部を高温加圧蒸気から保護することができると共に、空芯コイルと永久磁石の外周面との間に所定の間隙を確保することができる。このため、滅菌処理を繰り返し施すことによる動作不具合の発生や回転精度の低下を防止できる。更に、玉軸受によりシャフトを支持する構成にしたため、前記シャフトを所定の停止位置で確実に保持することができる。また、玉軸受のうち少なくとも転動体を傷がつきにくく耐摩耗性に優れたセラミックから構成したため、潤滑剤を不要とすることができる。
【0008】
本発明の請求項2の医療用機器の駆動用サーボモータは、空芯コイル及び検出部を樹脂によりモールドしたことを特徴とする。
上記構成によれば、空芯コイル及び検出部に高温加圧蒸気が到達することを防止できる。また、高温加圧蒸気によりモールド樹脂が膨潤することがあっても、薄肉シートにより径方向内側に向かって膨らむことが防止される。このため、滅菌処理によって永久磁石とロータとの間の寸法が狂うことを防止できる。
【0009】
本発明の請求項3の医療用機器の駆動用サーボモータは、エンコーダを、シャフトに設けられ前記シャフトと一体的に回転する磁気ディスクと、前記磁気ディスクの磁気信号を検出する磁気センサとから構成したことを特徴とする。
上記構成によれば、ロータの回転角を精度良く検出することができる。
【0010】
この場合、前記磁気センサはMR素子から構成されていると良い(請求項4の発明)。磁気センサをMR素子から構成することにより、より一層の小形化を図ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例に係るサーボモータは医療用機器例えば医療用マニピュレータのアームを駆動するために用いられるものであり、図1に示すように、ステータコアとしての円筒状のケース1を備えている。前記ケース1は、例えば磁性体SUSから構成されており、その表面には防錆加工、例えばNiメッキが施されている。
【0012】
前記ケース1の軸方向両端部には玉軸受2が嵌着されている。前記玉軸受2は、外輪2a及び内輪2b並びに転動体2cの全てがセラミックから構成されている。前記玉軸受2間にはステンレス鋼からなるシャフト3が回転可能に支持されている。前記シャフト3のうち前記ケース1内に位置する部分の外周部には円筒状の永久磁石4及び磁気ディスク5が軸方向に間隔をおいて固定されている。前記永久磁石4は周方向に沿って例えば8極に着磁されている。前記磁気ディスク5は、その周縁部に多数の磁極を有している。前記シャフト3及び永久磁石4からロータ13が構成される。
【0013】
一方、前記ケースの1内周面には可撓性を有するPC板6が全周にわたって固着されている。前記PC板6の内周面のうち前記永久磁石4と対向する部位には複数例えば6個の空芯コイル7が周方向に所定の間隔を存して配置されている。図2に示すように、前記空芯コイル7は非磁性体からなる円筒状の薄肉リング8(薄肉シートに相当)の外周面に固着された状態で前記PC板6の内周面に配置されている。図示しないが、前記PC板6には前記ロータ13を回転駆動するための駆動回路、駆動回路を制御する制御回路等の回路パターンが印刷されており、所定のランド位置に前記コイル7が接続されている。
【0014】
また、前記PC板6のうち前記空芯コイル7の図1中右部には、磁気センサとしてのホール素子9及びMR素子10が並んで実装されている。前記ホール素子9は、シャフト3(ロータ13)の回転位置に応じた前記永久磁石4の磁気変化を検出する。前記MR素子10は、シャフト3の微細な回転位置に応じた前記磁気ディスク5の磁極の磁気変化を検出する。磁気ディスク5及びMR素子10かエンコーダ11が構成される。
【0015】
本実施例では、空芯コイル7及びホール素子9並びにMR素子10はPC板6と共に樹脂12で一体成形されている。従って、ケース1と薄肉リング8との間は、空芯コイル7、ホール素子9、MR素子10を含んだ樹脂12で充填された状態になっている。
【0016】
上記構成においては、ホール素子9及びMR素子10から出力される回転位置信号に基づいて空芯コイル7に対する通電が制御され、以ってシャフト3が高精度で位置決め制御される。このとき、シャフト3は玉軸受2によって支持されているため、所定の停止位置で確実に保持することができる。
【0017】
ところで、医療用マニピュレータは、使用の都度、洗浄処理や高温加圧蒸気による滅菌処理(3気圧、133℃の水蒸気処理)が施される。このような処理が繰り返し行われても、本実施例に係るサーボモータは動作不具合が発生しないように構成されている。
【0018】
即ち、玉軸受2をセラミックから構成している。このため、高温加圧蒸気によって錆びることがなく、錆の発生によるシャフト3の回転不良を防止できる。また、セラミックは耐磨耗性に優れるため、潤滑剤を用いなくても安定した回転動作を保持することができる。従って、滅菌処理によって潤滑剤が劣化し、回転性能が低下することがない。
【0019】
更に、PC板6、空芯コイル7、ホール素子9、MR素子10を樹脂12で覆い外気と遮断した。このため、高温加圧蒸気がPC板6や空芯コイル7等に到達することがなく、動作不具合の発生を極力防止できる。
【0020】
また、高温加圧蒸気によって前記樹脂12が膨潤するおそれがあるが、前記樹脂12の径方向内周面に薄肉リング8を設けたため、前記樹脂12が径方向内側に向かって膨潤することを阻止できる。従って、滅菌処理が繰り返し行われても、永久磁石4が樹脂12と接触することがない。薄肉リング8が無い場合は、樹脂12と永久磁石4との間の距離を樹脂12の膨潤を見越した寸法に設定する必要がある。しかし、前記薄肉リング8を設けたことにより、樹脂12と永久磁石4との間の寸法を極力小さく設定することが可能となるため、一層の小形化を図ることができる。
【0021】
ステータコアをケース1と兼用したため、サーボモータの一層の小形化を図ることができる。
【0022】
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような変形が可能である。
上記実施例では、玉軸受を構成する全ての部品をセラミックから構成したが、転動体のみをセラミック製として、他の部分はステンレス鋼から構成しても良い。即ち、転動体を硬く耐摩耗性に優れるセラミックから構成することにより、潤滑剤を不要とすることができるからである。
【0023】
MR素子は、ホール素子に比べて端子数が少なく小形化を図ることができる。従って、ホール素子9に代えてMR素子により永久磁石4の磁気強度の変化を検出するようにしても良い。
【0024】
PC板6、空芯コイル7、ホール素子9、MR素子10の全体を薄肉シートで覆い、外気と遮断するように構成しても良い。この場合は、空芯コイル7等を樹脂でモールドすることを省略できる。
【0025】
本発明は医療用機器の駆動用サーボモータのほか、高温多湿な環境で使用される機器を駆動するためのサーボモータにも適用できる。
【0026】
【発明の効果】
本発明は以上の説明から明らかなように、ステータヨークの内周面に空芯コイル及びエンコーダの検出部を設けると共に、ステータヨークとの間に前記空芯コイル及び検出部を保持しロータの永久磁石の外周面と所定の間隙を介して対向配置された薄膜シートを設けたので、滅菌処理により動作不具合が生じたり、モータ性能が低下したりすることを防止できる。また、玉軸受によりシャフトを支持すると共に前記玉軸受のうち少なくとも転動体をセラミックから構成したので、潤滑剤を用いなくても安定した回転動作を保持することができ、しかも、シャフトを所定の停止位置に確実に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すものであり、サーボモータの全体構成を示す縦断側面図
【図2】空芯コイルが薄肉リングの外周面に固着された状態を説明するための斜視図
【符号の説明】
図中、1はケース(ステータコア)、2は玉軸受、3はシャフト、4は永久磁石、5は磁気ディスク、7は空芯コイル、8は薄肉リング(薄肉シート)、10はMR素子(磁気センサ,検出部)、11はエンコーダ、12は樹脂を示す。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a servomotor and a servomotor for driving medical equipment that can withstand high-temperature pressurized steam.
[0002]
[Prior art]
Medical equipment, especially medical equipment used in the field of surgery or dental care, is used, for example, under high pressure before and after use in order to prevent bacteria and viruses from infecting patients through the equipment. Sterilization by steam is performed. Therefore, it is necessary to reduce the size of the driving motor incorporated in the medical device and to have a structure capable of withstanding high-temperature pressurized steam, and as a countermeasure to this, a thin rust-resistant metal layer is formed on the yoke surface of the brushless motor. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-351221
[Problems to be solved by the invention]
However, the brushless motor is for rotating a polishing drill of a dental polishing apparatus at a high speed, and is not suitable for a motor requiring high positioning accuracy such as a motor for driving a medical manipulator. The drive motor of the medical manipulator needs to be composed of an encoder for detecting the rotational position of the rotor with high accuracy, a servomotor including a bearing for securely holding the rotary shaft at a predetermined position, and the like. Therefore, the configuration of the entire motor is complicated, and it is not sufficient to simply perform rust prevention treatment on the yoke surface.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a servomotor and a servomotor for driving a medical device that can ensure high positioning accuracy even when performing sterilization by high-temperature pressurized steam. To provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A servo motor for driving a medical device according to claim 1 of the present invention and a servo motor according to
[0007]
According to the configuration, the air-core coil and the detection unit of the encoder can be protected from high-temperature pressurized steam by the thin sheet, and a predetermined gap is secured between the air-core coil and the outer peripheral surface of the permanent magnet. Can be. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of malfunctions and a decrease in rotational accuracy due to repeated sterilization. Further, since the shaft is supported by the ball bearing, the shaft can be reliably held at a predetermined stop position. Further, since at least the rolling elements of the ball bearings are made of ceramic which is hardly damaged and has excellent wear resistance, a lubricant can be eliminated.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a drive servomotor for a medical device, wherein the air core coil and the detection unit are molded with resin.
According to the above configuration, it is possible to prevent the high-temperature pressurized steam from reaching the air core coil and the detection unit. Further, even if the mold resin swells due to the high-temperature pressurized steam, the thin sheet prevents the resin from expanding radially inward. Therefore, it is possible to prevent the dimensions between the permanent magnet and the rotor from being disturbed by the sterilization process.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a drive servomotor for medical equipment, comprising: an encoder, a magnetic disk provided on a shaft and rotating integrally with the shaft, and a magnetic sensor for detecting a magnetic signal of the magnetic disk. It is characterized by having done.
According to the above configuration, the rotation angle of the rotor can be accurately detected.
[0010]
In this case, it is preferable that the magnetic sensor is constituted by an MR element (the invention of claim 4). By making the magnetic sensor from an MR element, it is possible to further reduce the size.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The servomotor according to the present embodiment is used for driving an arm of a medical device, for example, a medical manipulator, and includes a cylindrical case 1 as a stator core as shown in FIG. The case 1 is made of, for example, a magnetic material SUS, and its surface is subjected to rust prevention processing, for example, Ni plating.
[0012]
[0013]
On the other hand, a
[0014]
On the right side of the
[0015]
In this embodiment, the
[0016]
In the above configuration, the energization of the air-
[0017]
By the way, each time the medical manipulator is used, the medical manipulator is subjected to a cleaning process and a sterilization process (3 atm, 133 ° C. steam treatment) with high-temperature pressurized steam. Even if such a process is repeatedly performed, the servo motor according to the present embodiment is configured so that an operation failure does not occur.
[0018]
That is, the
[0019]
Further, the
[0020]
The
[0021]
Since the stator core is also used as the case 1, the size of the servomotor can be further reduced.
[0022]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and for example, the following modifications are possible.
In the above embodiment, all the components constituting the ball bearing are made of ceramic. However, only the rolling elements may be made of ceramic, and the other parts may be made of stainless steel. That is, when the rolling elements are made of a hard ceramic having excellent wear resistance, a lubricant can be eliminated.
[0023]
The MR element has a smaller number of terminals than the Hall element and can be downsized. Therefore, a change in the magnetic strength of the
[0024]
The whole of the
[0025]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable not only to a servomotor for driving a medical device, but also to a servomotor for driving a device used in a hot and humid environment.
[0026]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the present invention provides an air core coil and a detector of an encoder on the inner peripheral surface of a stator yoke, and holds the air core coil and a detector between the stator yoke and a permanent rotor of the rotor. Since the thin film sheet is provided so as to be opposed to the outer peripheral surface of the magnet with a predetermined gap therebetween, it is possible to prevent malfunctions due to sterilization processing and deterioration of motor performance. In addition, since the shaft is supported by the ball bearings and at least the rolling elements of the ball bearings are made of ceramic, stable rotation can be maintained without using a lubricant, and the shaft is stopped at a predetermined stop. The position can be securely held.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1, showing an embodiment of the present invention, is a longitudinal side view showing the entire configuration of a servomotor. FIG. 2 is a perspective view for explaining a state in which an air core coil is fixed to the outer peripheral surface of a thin ring. Figure [Explanation of symbols]
In the figure, 1 is a case (stator core), 2 is a ball bearing, 3 is a shaft, 4 is a permanent magnet, 5 is a magnetic disk, 7 is an air-core coil, 8 is a thin ring (thin sheet), and 10 is an MR element (magnetic Sensor, detection unit), 11 denotes an encoder, and 12 denotes a resin.
Claims (5)
前記ステータヨークの軸方向両端部に設けられた軸受と、
前記ステータヨークの内周部に配置され、前記軸受に回転可能に支持されたシャフト及び前記シャフトの外周面に装着された永久磁石を備えるロータと、
前記ステータヨークの内周面に設けられ前記永久磁石と対向するように周方向に配置された複数の空芯コイルと、
前記ステータヨークの内周面に設けられ前記ロータの回転位置を検出する検出部を有するエンコーダとを具備する医療用機器の駆動用サーボモータにおいて、
前記永久磁石の外周面と所定の間隙を介して対向配置され前記ステータヨークとの間に前記空芯コイル及び前記検出部を保持する非磁性体からなる薄肉シートを有すると共に、前記軸受は少なくとも転動体がセラミックからなる玉軸受から構成されていることを特徴とする医療用機器の駆動用サーボモータ。A cylindrical stator yoke,
Bearings provided at both axial ends of the stator yoke,
A rotor disposed on an inner peripheral portion of the stator yoke, a shaft rotatably supported by the bearing, and a permanent magnet mounted on an outer peripheral surface of the shaft;
A plurality of air-core coils provided on the inner peripheral surface of the stator yoke and arranged in the circumferential direction so as to face the permanent magnets;
An encoder provided on the inner peripheral surface of the stator yoke and having a detection unit for detecting the rotational position of the rotor;
A thin sheet made of a non-magnetic material that holds the air-core coil and the detection unit is provided between the stator yoke and the outer peripheral surface of the permanent magnet so as to face the outer peripheral surface of the permanent magnet with a predetermined gap therebetween. A servomotor for driving medical equipment, wherein the moving body is formed of a ball bearing made of ceramic.
前記ステータヨークの軸方向両端部に設けられた軸受と、
前記ステータヨークの内周部に配置され、前記軸受に回転可能に支持されたシャフト及び前記シャフトの外周面に装着された永久磁石からなるロータと、
前記ステータヨークの内周面に設けられ前記永久磁石と対向するように周方向に配置された複数の空芯コイルと、
前記ステータヨークの内周面に設けられ前記ロータの回転位置を検出する検出部を有するエンコーダとを具備するサーボモータにおいて、
前記永久磁石の外周面と所定の間隙を介して対向配置され前記ステータヨークとの間に前記空芯コイル及び前記検出部を保持する非磁性体からなる薄肉シートを有すると共に、前記軸受は少なくとも転動体がセラミックからなる玉軸受から構成されていることを特徴とするサーボモータ。A cylindrical stator yoke,
Bearings provided at both axial ends of the stator yoke,
A rotor that is disposed on an inner peripheral portion of the stator yoke and that is constituted by a shaft rotatably supported by the bearing and a permanent magnet mounted on an outer peripheral surface of the shaft;
A plurality of air-core coils provided on the inner peripheral surface of the stator yoke and arranged in the circumferential direction so as to face the permanent magnets;
A servo motor including an encoder provided on an inner peripheral surface of the stator yoke and having a detection unit for detecting a rotational position of the rotor.
A thin sheet made of a non-magnetic material that holds the air-core coil and the detection unit is provided between the stator yoke and the outer peripheral surface of the permanent magnet so as to face the outer peripheral surface of the permanent magnet with a predetermined gap therebetween. A servomotor, wherein the moving body is constituted by a ball bearing made of ceramic.
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