JP2009108993A - ステッピング・アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、かつ、電磁力の使用を必須とせずに、ステップ動作を行わせることができるアクチュエータを提供する。
【解決手段】第１ガイド部１１と第２ガイド部１２は、隣接して、一方向に凸となる略山形状を形成している。従動部材３は、ガイド部材１に対して押圧されている。第１傾斜部２１は、ガイド部材１に対して、前記一方向にほぼ沿って往復動可能とされている。第１傾斜部２１は、その往動時に、第１ガイド部１１の基端側から先端側まで、従動部材３を押圧して移動させる。第２ガイド部１２は、第１ガイド部１１の先端側まで移動した従動部材３を、第２ガイド部１２の基端側まで案内する。駆動部材２を一往復させることにより、従動部材３を、一ステップ分移動させることができる。駆動部材２の往復動作は、例えば空気圧を用いることにより行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステップ動作を行うためのアクチュエータに関するものである。より詳しくは、本発明は、一方向に沿う往復動を、異なる方向への、ステップ状の移動あるいは回転に変換することができるアクチュエータに関するものである。

ＭＲＩ（magnetic resonance imaging）は、放射線による被曝の恐れがなく、また多様な可視化機能を備えているため、極めて有用な医用画像撮像法として広く普及している。加えて近年、患者が入るスペース（いわゆるガントリ）が外部に開いたタイプのＭＲＩ（いわゆるオープンガントリＭＲＩ）が登場した。これにより、手術中にＭＲＩを用いることが可能になった。したがって、ＭＲＩで手術箇所を可視化しながら、精確な手術を行うという、ＭＲＩ誘導下手術が提案されてきている。

一方、ＭＲＩ画像により、手術部位などの位置情報を得ることができる。この情報を利用して手術を支援するために、いわゆるＭＲＩ環境下手術用ロボットの研究も行われている。しかし、通常のメカトロニクス機器は、ＭＲＩが発生させる電磁波や強力な静磁場の影響を受けてしまうだけでなく、ＭＲＩ画像に歪みやノイズなどの影響を与えてしまうことが多い。

そこで、従来の研究では、強磁場環境中でも動作可能な超音波モータが多く用いられてきた（非特許文献１）。しかし、超音波モータを駆動するための電流により生じる電磁波のため、ＭＲＩ画像にノイズが混入することがあるなどの問題が、依然として残っている。

空気や水を動力伝達の媒体として用いる方法は、一般的に低速動作が難しいことや、精確で再現性のある位置決めが困難であるという問題がある。しかし、空圧式のステッピングモータも研究されている（非特許文献２）。さらに、ＭＲＩへの対応を考慮した空圧ステッピングモータが最近報告された（非特許文献３）。しかしながら、これら従来の空圧モータでは、動作が比較的低速かつ低トルクであるため用途が限られることや、構造が複雑であるなどの問題点があると考えられる。
Ken Masamune, et al., Development of an MRI-Compatible Needle Insertion Manipulator for Stereotactic Neurosurgery. Journal of Image Guided Surgery 1:242-248, 1995 Koichi Suzumori, et al., NUTATION MOTOR: A New Direct-drive Stepping Motor for Robots. IEEE Technical Exhibition Based Conference on Robotics and Automation Proceedings: 21-22, November, 2004 Dan Stoianovic, et al., A New Type of Motor: Pneumatic Step Motor. TRANSACTIONS ON MECHATRONICS 12(1): 98-106, February, 2007

本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、簡単な構成で、かつ、電磁力の使用を必須とせずに、ステップ動作を行わせることができるアクチュエータを提供することである。

本発明は、下記のいずれかの項目に記載の構成を備えている。

（項目１）
ガイド部材と、駆動部材と、従動部材とを備え、
前記ガイド部材は、第１ガイド部と、第２ガイド部とを備えており、
前記第１ガイド部と前記第２ガイド部とは、互いに異なる方向に傾斜して延長されており、
かつ、前記第１ガイド部と前記第２ガイド部は、隣接することによって、一方向に凸となる略山形状を形成するようになっており、
前記従動部材は、前記ガイド部材に対して押圧されており、
かつ、前記従動部材は、前記第１ガイド部及び前記第２ガイド部に接触しながら、前記一方向に交差する方向に移動できるように、前記一方向において往復動可能とされており、
前記駆動部材は、第１傾斜部を備えており、
前記第１傾斜部は、前記第２ガイド部とほぼ平行な方向に傾斜しており、
かつ、前記第１傾斜部は、前記ガイド部材に対して、前記一方向にほぼ沿って往復動可能とされており、
さらに、前記第１傾斜部は、往動時に、第１ガイド部の基端側から、前記第１ガイド部の先端側まで、前記従動部材を押圧して移動させる構成となっており、
前記第２ガイド部は、前記第１ガイド部の先端側まで移動した前記従動部材を、前記第２ガイド部の基端側まで案内する構成となっている、
ことを特徴とする、ステッピング・アクチュエータ。

この発明においては、駆動部材の第１傾斜部を往動させることにより、第１傾斜部を従動部材に突き当てて、この従動部材を、第１ガイド部の基端側から先端側まで移動させることができる。さらに、第１ガイド部の先端側に移動した従動部材は、従動部材からガイド部材への押圧力によって、第２ガイド部の先端側から基端側まで移動する。このとき、従動部材は、第２ガイド部によって案内される。

このようにして本発明によれば、駆動部材を往動させることにより、従動部材を、第１ガイド部の基端側から、隣接する第２ガイド部の基端側まで移動させることができる。この移動を一ステップと捉えることができる。

下記項目２のように、第１ガイド部及び第２ガイド部を複数設け、それらに対応する駆動部材も複数設ければ、駆動部材の往復動により、従動部材を、複数ステップだけ移動させることができる。つまり、駆動部材の往復回数を制御することにより、従動部材の移動量を制御することができる。

（項目２）
前記第１ガイド部及び第２ガイド部は複数とされており、
前記複数の第１ガイド部と前記複数の第２ガイド部は、一つずつ交互に、かつ隣接して配置されることによって、前記一方向に凸となる、複数の略山形形状を形成するようになっており、
前記第１傾斜部は複数とされており、
前記複数の第１傾斜部は、前記複数の第１ガイド部の全部又は一部に対応する位置に配置されている
ことを特徴とする、項目１に記載のステッピング・アクチュエータ。

（項目３）
前記複数の第１ガイドと複数の第２ガイド部とは、ほぼ一つの円周上に配置されており、前記従動部材は、前記複数の第１ガイド部と複数の第２ガイド部とによって案内されながら、前記円周に沿って回転する構成となっている
ことを特徴とする、項目２に記載のステッピング・アクチュエータ。

このようにすれば、従動部材を回転させることができる。つまり、この発明によれば、駆動部材における往復動を、従動部材における回転に変換することができる。

（項目４）
前記駆動部材は、第２傾斜部をさらに備えており、
前記第２傾斜部は、前記第１ガイド部とほぼ平行な方向に傾斜しており、
かつ、前記第２傾斜部は、前記ガイド部材に対して、前記一方向にほぼ沿って往復動可能とされており、
さらに、前記第２傾斜部は、往動時に、第２ガイド部の基端側から、前記第２ガイド部の先端側まで、前記従動部材を押圧して移動させる構成となっており、
前記第１ガイド部は、前記第２ガイド部の先端側まで移動した前記従動部材を、前記第１ガイド部の基端側まで案内する構成となっている、
ことを特徴とする、ステッピング・アクチュエータ。

この発明によれば、第２傾斜部を用いることにより、従動部材を、第１傾斜部を用いた場合とは逆の方向に移動させることができる。

（項目５）
前記第１傾斜部は、流体圧によって往復動する構成となっている
ことを特徴とする項目１〜４のいずれか１項に記載のステッピング・アクチュエータ。

この発明では、流体圧を用いることにより、電磁力を用いずに、第１傾斜部を往復動させることができる。このため、このアクチュエータは、ＭＲＩの環境下において使用した場合であっても、ＭＲＩ機器の動作に悪影響を及ぼしにくいという利点がある。

（項目６）
前記第１傾斜部及び第２傾斜部は、いずれも流体圧によって往復動する構成となっている
ことを特徴とする項目４に記載のステッピング・アクチュエータ。

項目６の発明では、流体圧を用いることにより、電磁力を用いずに、第１及び第２傾斜部を往復動させることができる。このため、このアクチュエータは、ＭＲＩの環境下において使用した場合であっても、ＭＲＩ機器の動作に悪影響を及ぼしにくいという利点がある。

（項目７）
前記従動部材は、弾性部材を用いて、前記ガイド部材に対して押圧されている
ことを特徴とする項目１〜６のいずれか１項に記載のステッピング・アクチュエータ。

本発明においては、第１ガイド部の先端側に達した従動部材は、弾性部材による押圧力を用いて、第２ガイド部の基端側まで到達することができる。

（項目８）
前記従動部材は、流体圧を用いて、前記ガイド部材に対して押圧されている
ことを特徴とする項目１〜６のいずれか１項に記載のステッピング・アクチュエータ
本発明においては、第１ガイド部の先端側に達した従動部材は、流体圧による押圧力を用いて、第２ガイド部の基端側まで到達することができる。

本発明によれば、簡単な構成で、かつ、電磁力の使用を必須とせずに、ステップ動作を行わせることができるアクチュエータを提供することが可能になる。

以下、本発明の一実施形態に係るステッピング・アクチュエータを、添付の図面に基づいて説明する。

（動作原理の説明）
まず、本実施形態に係るステッピング・アクチュエータの動作原理を、図１に基づいて説明する。

（基本的な構成）
本実施形態のステッピング・アクチュエータは、基本的には、ガイド部材１と、駆動部材２と、従動部材３とを備えている（図１参照）。ガイド部材１は、複数の第１ガイド部１１と、複数の第２ガイド部１２とを備えている。本実施形態における複数の第１ガイド部１１どうし、及び、複数の第２ガイド１２どうしは、いずれも、同じ機能を発揮するので、同じ符号を用いて説明する。

ガイド部材１は、全体として円筒状に形成されている。第１ガイド部１１と第２ガイド部１２とは、このガイド部材１の軸線方向における端部に形成されている。

第１ガイド部１１と第２ガイド部１２とは、互いに異なる方向に傾斜して延長されている。かつ、第１ガイド部１１と第２ガイド部１２は、隣接することによって、一方向（図１における上方向）に凸となる略山形状を形成するようになっている。

より具体的には、第１ガイド１２と第２ガイド部１２とで構成される山形状の部分が連続することによって、谷部１３と頂部１４とが連続する三角波形状が形成されている。

従動部材３は、基板３０と複数の突出部３１とを備えている。突出部３１は、基板３０の一面（図１において下面）から突出している。

基板３０は、図示しないシャフトに取り付けられており、それ自身の回転によってシャフトを回転させることができるようになっている。また、基板３０は、シャフトの軸線方向（図１の上下方向）に沿って、シャフトとは独立して移動できるようになっている。

さらに、基板３０は、図示しない弾性部材あるいは流体圧を用いて、ガイド部材１に向けて押圧されている。

突出部３１は、複数の第１ガイド部１１の配置周期（ピッチ）と同じ周期で配置されている。つまり、一つの突出部３１と一つの第１ガイド部１１との位置関係は、他の突出部３１及び第１ガイド部１１の位置関係と基本的に同じである。また、突出部３１は、図１の奥行き方向において幅広とされており、第１傾斜部２１、第１ガイド部１１及び第２ガイド部１２に接触可能とされている。

以上の構成により、本実施形態の従動部材３は、第１ガイド部１１及び第２ガイド部１２に接触しながら、前記した一方向に交差する方向（図１中の左右方向）に移動できるように、一方向において往復動可能とされている。

駆動部材２は、全体として半円筒形状に形成されている。駆動部材２の軸線方向における端部には、第１傾斜部２１と立ち上がり部２２とが形成されている。

第１傾斜部２１は、第２ガイド部１２とほぼ平行な方向に傾斜している。また、第１傾斜部２１は、ガイド部材１に対して、前記した一方向（図１中上下方向）にほぼ沿って往復動可能とされている。

さらに、第１傾斜部２１は、往動時に、第１ガイド部１１の基端側（谷部１３）から、第１ガイド部１１の先端側（頂部１４）まで、従動部材３の突出部３１を押圧して移動させる構成となっている。具体的には、第１傾斜部２１の幅Ｗ１は、谷部１３から頂部１４までの幅Ｗ２よりも大きくなっている。これにより、この実施形態では、第１傾斜部２１により、頂部１４よりもさらに前方（この実施形態では図中右側方向）へ、突出部３１を移動させることができるようになっている。

（基本的な動作方法）
次に、図２及び図３を参照しながら、図１に示したアクチュエータの動作を説明する。

（図２の（ａ））
まず、初期状態においては、突出部３１の先端が、ガイド部材１の谷部１３に位置しているとする。本実施形態では、この状態においては、第１傾斜部２１と突出部３１とは離間している。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図２及び図３における上方向への移動を上昇、反対方向への移動を下降と称することがあるが、この説明は、このアクチュエータの設置状態における方向を制約するものではない。

（図２の（ｂ））
その後、駆動部材２を、図２中の上方向に移動させる。これにより、第１傾斜部２１も上昇して、突出部３１の下端に接触する。

（図２の（ｃ））
さらに駆動部材２を上昇させる。すると、第１傾斜部２１が突出部３１を押し上げる。このとき、突出部３１は、第１傾斜部２１の傾斜に従って、第１ガイド部１１の基端側から先端側へ移動させられる。つまり、図２においては、図中右側へ移動する。

これにより、本実施形態では、駆動部材２における一方向（図２中上方向）への運動を、この一方向に交差する方向（図２中右方向）への、従動部材３における運動に変換することができる。より具体的には、この実施形態では、従動部材３は、図２の平面視において時計方向に回転する。

（図２の（ｄ））
さらに駆動部材２を上昇させると、第１傾斜部２１が突出部３１をさらに押し上げる。これにより、従動部材３がさらに回転させられる。

（図２の（ｅ））
さらに駆動部材２を上昇させると、突出部３１は、頂部１４、すなわち、第１ガイド部１１の先端へ移動する。この段階では、突出部３１は、第１ガイド部１１に隣接する第２ガイド部の先端側に移行し始める。

（図２の（ｆ））
さらに駆動部材２を上昇させると、第１傾斜部２１からの押し上げにより、突出部３１は、頂部１４を超えて、第２ガイド部１２の基端側（つまり隣接する谷部１３の側）にやや近付く。この実施形態では、この段階が、駆動部材２の往動ストロークの上限となっている。第１傾斜部２１によって、頂部１４をやや越えた位置まで突出部３１を移動させることにより、後述する行程に円滑に移行することができる。

（図３の（ｇ））
ついで、駆動部材２の復動行程に移行する。ここでは、駆動部材２が、初期位置に向けて復帰し始める。すなわち、図３において下方向に移動する。

一方、従動部材３は、適宜な押圧手段により、ガイド部材１に向けて付勢されている。しかしながら、この状態では、突出部３１の側面は、駆動部材２の立ち上がり部２２に接触して支持される。これにより、突出部３１の位置は、立ち上がり部２２と接触している間、ほぼ一定とされる。

したがって、本実施形態では、復動行程が始まる時点での突出部３１の位置を精度良く位置決めすることが可能であるという利点がある。

（図３の（ｈ））
ついで、駆動部材２をさらに下降させる。この段階でも、突出部３１が立ち上がり部２２に接触している間は、突出部３１は移動しない。このため、従動部材３は停止している。

（図３の（ｉ））
ついで、駆動部材２をさらに下降させる。この段階では、突出部３１と立ち上がり部２２との接触が解除される。一方、従動部材３は、ガイド部材１に向けて付勢されている。このため、従動部材３の突出部３１は、第２ガイド部１２に接触しながら、第２ガイド部１２の基端側、すなわち谷部１３に向けて移動し始める。第２ガイド部１２は、第１ガイド部１１とは逆方向に傾斜しているので、従動部材３への付勢力を利用して、突出部３１を、谷部１３の方向に移動させることができる。これにより、従動部材３は、平面視した状態で時計回りにさらに回転する。

（図３の（ｊ））
ついで、駆動部材２をさらに下降させる。この段階では、駆動部材２の第１傾斜部２１と突出部３１との接触はない。突出部３１は、第２ガイド部１２に案内されながら、谷部１３に向けてさらに移動する。

（図３の（ｋ））
ついで、駆動部材２をさらに下降させる。これにより、駆動部材２は、復動ストロークの終端に達する。この段階でも、駆動部材２の第１傾斜部２１と突出部３１との接触はない。突出部３１は、第２ガイド部１２に案内されながら移動し、谷部１３に達する。なお、この段階では、第１傾斜部２１と突出部３１との接触がないため、駆動部材２が復動ストロークの終端に達する時点と、突出部３１が谷部１３に達する時点とは、必ずしも一致しなくてもよい。

この状態で、初期状態に復帰する。次に駆動部材２を駆動するまでの間は、この状態を維持する。このため、本実施形態によれば、駆動部材２を往復動させることによって、従動部材３をステップ的に駆動することができる。

本実施形態では、駆動部材２が一往復することによって、従動部材３が、ガイド部材１の谷部１３から、隣接する谷部１３まで移動する。したがって、駆動部材２の一往復（つまり一周期）に対する従動部材３の移動距離を、精度良く決定することができるという利点もある。つまり、本実施形態によれば、位置決めの精度が高いステッピング・アクチュエータを提供することができる。

また、本実施形態では、駆動部材２の往復動や、従動部材３への押圧は、例えば空気圧やバネなどにより実現することができる。すなわち、本実施形態のアクチュエータは、電磁力を使用せずに実装することが可能である。もちろん、電磁力を用いた実装も理論的には可能である。

さらに、本実施形態のアクチュエータは、比較手に簡単な構成により、ステップ動作を行うアクチュエータを実現することができるという利点もある。

（第１実施例のステッピング・アクチュエータ）
以下、さらに具体的な例としてのステッピング・アクチュエータを、第１実施例として説明する。この第１実施例の説明においては、既に説明した構成要素については、同じ符号を用いることにより、説明を簡略化する。

この第１実施形態に係るステッピング・アクチュエータの全体的な構成を図４〜図９に示す。このアクチュエータでは、従動部材３の上方に、弾性部材としてのバネ４が配置されている（図６及び図９参照）。バネ４の周囲は、このバネ４を収納するハウジング５によって囲われている。

また、従動部材３には、シャフト６が取り付けられている。シャフト６は、従動部材３に対して、軸方向に相対移動可能とされている。さらに、シャフト６は、従動部材３が軸回りに回転すると、それに伴って軸回りに回転するようになっている。

具体的な従動部材３の構成例を図１０〜図１２に示す。従動部材３の基板３０の中央には、略六角形状の穴３０ａが形成されている。この穴３０ａに、略六角形状のシャフト６がはまる構成となっている。また、シャフト６の下端は、穴３０ａから抜け出さないように、拡張されている（図示せず）。

また、第１実施例のガイド部材１は、円筒状のガイド部材本体１０をさらに備えている（図１３〜図１５参照）。このガイド部材本体１０の内側に、第１ガイド部１１と第２ガイド部１２とが形成されている。従動部材３は、ガイド部材本体１０の内部に配置されている（図６、図１６及び図１７参照）。

第１実施形態の駆動部材２は、第１駆動部２ａと第２駆動部２ｂとを備えている（図１６及び図１７参照）。第１駆動部２ａ及び第２駆動部２ｂは、いずれも、ガイド部本体１０の内部に配置されている（図９及び図１７参照）。

前記した第１傾斜部２１及び立ち上がり部２２は、第１駆動部２ａに形成されている（図１８〜図２０参照）。

第２駆動部２ｂには、第１駆動部２ａと同様に、第２傾斜部２３及び立ち上がり部２４が形成されている（図２１〜図２３参照）。ただし、第２傾斜部２３は、第１傾斜部２１とは逆方向に傾斜している（図２１及び図２２参照）。

第１駆動部２ａ及び第２駆動部２ｂは、後述する第１ピストン８１及び第２ピストン８２の上端にそれぞれ固定されている。

また、第１実施例のアクチュエータは、さらに、シリンダ部材７を備えている（図６及び図９参照）。シリンダ部材７は、図９において上下方向に貫通された、断面円筒状の第１シリンダ７１と第２シリンダ７２とを備えている。

前記第１ピストン８１は、第１シリンダ７１の内部に、気密状態で収納されている（図９参照）。同様に、前記第２ピストン８２は、第２シリンダ７２の内部に、気密状態で収納されている。

一方、第１シリンダ７１及び第２シリンダ７２には、それぞれ、空気圧を供給するための第１配管９１と第２配管９２とが接続されている（図６参照）。第１配管９１及び第２配管９２は、独立したタイミングで、それぞれ、第１シリンダ７１及び第２シリンダ７２に対して正圧と負圧を選択的に加えることができるようになっている。このような構成は、適宜な空気圧供給源とバルブとバルブ開閉の制御手段とを組み合わせることで容易に実現できるので、詳しい説明は省略する。

第１配管９１に正圧を加えた場合には、第１ピストン８１が往動し、負圧を加えた場合には、これが復動するようになっている。同様に、第２配管９２に正圧を加えた場合には、第２ピストン８２が往動し、負圧を加えた場合には、これが復動するようになっている。

（第１実施例の動作）
つぎに、第１実施例に係るステッピング・アクチュエータの動作を説明する。この実施例においても、基本的な動作は、図２及び図３に基づいて説明した通りである。

第１実施例では、まず、第１配管９１を正圧とし、第２配管９２を負圧とする。これにより、第１ピストン８１のみを往動させることができる。すると、駆動部材２の第１傾斜部２１が上昇する。これにより、図２（ａ）〜（ｆ）に示したように、従動部材３を回転させることができる。このとき、従動部材３は、若干上昇し、これによって、バネ４が若干圧縮される。

その後、第１配管９１を負圧とする。第２配管９２は引き続いて負圧としておく。これにより、第１ピストン８１が復動する。すると、バネ４の復元力により、従動部材３が下降する。これにより、図３（ｇ）〜（ｋ）に示したように、従動部材３をさらに回転させることができる。このようにして１ステップ分の回転を、第２駆動部２ｂの往復動により実現することができる。

以降、駆動部材２を必要なステップ数だけ往復動させることにより、必要な回転角度及び回転数を得ることができる。

（逆方向回転の場合）
つぎに、従動部材３を逆方向に回転させる手順について説明する。この場合は、駆動部材２の第２駆動部２ｂを用いる。

まず、第１配管９１を負圧とし、第２配管９２を正圧とする。これにより、第２ピストン８２のみを往動させることができる。すると、駆動部材２の第２傾斜部２３が上昇する。これにより、図２（ａ）〜（ｆ）に示したように、従動部材３を回転させることができる。ただし、第２傾斜部２３は、第１傾斜部２１とは逆方向に傾斜しているので、従動部材３は、逆方向に回転する。それ以外の動作は第１傾斜部２１の場合と同様である。

その後、第２配管９２を負圧とする。第１配管９１は引き続いて負圧としておく。これにより、第２ピストン８２が復動する。すると、バネ４の復元力により、第２傾斜部２３が下降する。これにより、図３（ｇ）〜（ｋ）に示したように、従動部材３をさらに回転させることができる。この場合、従動部材３は、第１ガイド部１１の上面に沿って下降するので、従動部材３の回転方向は、図示の例とは逆になる。このようにして１ステップ分の逆方向回転を、駆動部材２の往復動により実現することができる。

（第２実施例のステッピング・アクチュエータ）
つぎに、第２実施例に係るステッピング・アクチュエータを図２４に基づいて説明する。なお、第２実施例の説明においては、前記した第１実施例の構成要素と基本的に共通するものについては、同じ符号を用いることにより、説明を簡素化する。

前記した第１実施例のアクチュエータでは、バネ４を用いて、従動部材３をガイド部材１の方向に付勢していた。これに対して、第２実施例のアクチュエータでは、空気圧を用いて、従動部材３をガイド部材１の方向に付勢する。

具体的には、第２実施例のシリンダ部材７には、第３シリンダ７３がさらに形成されている。この第３シリンダ７３の内部には、ロッド１００の一端（図２４において下端）が、気密状態ではめ込まれている。ロッド１００の他端（図２４において上端）は、従動部材３の基板３０の下面に取り付けられている。第３シリンダ７３には、配管（図示せず）が接続されており、第３シリンダ７３の内部を負圧に制御できるようになっている。

第２実施例のアクチュエータによれば、第３シリンダ７３の内部を負圧に保つことにより、従動部材３を、ガイド部材１の方向に付勢することができる。しかも、この実施例では、空気圧を用いて付勢しているので、空気の弾力により、従動部材３は、シャフト６の軸線方向に若干移動することが可能となる。

また、第２実施例のアクチュエータによれば、バネ４の設置を省略することができる。バネ４を金属により構成した場合には、微少ながらＭＲＩ画像に影響するおそれがある。本実施例では、そのようなおそれを減少させることが可能になる。

また、第２実施例のアクチュエータによれば、従動部材３の上下動に併せて、第３シリンダ７３の内圧を周期的に制御することができる。これにより、従動部材３の上下動を円滑とすることができる。

なお、前記実施形態及び実施例の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。

例えば、前記実施形態では、第１ガイド部１１と第２ガイド部１２とを直線状に形成し、全体として三角波形状としている。しかしながら、第１ガイド部１１と第２ガイド部１２とを曲線状に形成し、全体として正弦波形状とすることも可能である。さらには、第１ガイド部１１と第２ガイド部１２とを双曲線状に形成することで、頂部１４を鋭角に形成することもできる。要するに、第１ガイド部１１と第２ガイド部１２とは、駆動部材２の往動時においては、従動部材３を頂部１４に向けて案内し、かつ、駆動部材２の復動時においては、従動部材３を谷部１３に向けて案内するものであればよい。

また、前記実施形態では、第１ガイド部１１と第２ガイド部１２とで形成される三角形が左右対称形状となっているが、左右非対称とすることも可能である。しかしながら、逆方向への移動も行う場合、設計や制御の容易さを考えると、現実的には、左右対称形状とすることが好ましい。

さらに、前記した第１実施例では、バネ４を用いて、従動部材３をガイド部材１の方向に付勢しているが、第２実施例に記載したように、空気圧を用いて付勢することもできる。さらには、ゴムなどの適宜の弾性部材を用いて付勢することもできる。また、従動部材３全体を上下動させるのではなく、突出部３１を、適宜の固さの弾性材料（例えば硬質ゴムなど）とすることにより、突出部３１の上下方向への変形を許容しながら、従動部材３を横方向に移動させることも考えられる。

さらに、前記した各実施例では、空気圧を用いて駆動部材２を往復動させているが、油圧や水圧などの適宜の流体圧を用いることも可能である。さらには、歯車機構、ラック・ピニオン機構、ボールねじ機構などの別の機構を用いて駆動部材２を往復動させることも可能である。駆動部材２を往復動させる機構は、アクチュエータとして必要な動作速度、出力トルク、設計の容易さ、コストなどの種々の要因を考慮して決定される。

また、前記した実施形態及び各実施例では、従動部材３を回転させているが、原理的には、従動部材を直動させることも可能である。

さらに、前記した実施形態及び各実施例では、第１傾斜部２１及び第２傾斜部２３をそれぞれ複数個設けているが、原理的には、突出部３１を所定のピッチで複数形成し、１サイクル当たりに一つの突出部３１を一つの傾斜部で順次移動させる構成とすることもできる。同様に、一つの突出部３１を、複数の第１傾斜部２１又は第２傾斜部２３で順次移動させることもできる。

本発明の一実施形態に係るステッピング・アクチュエータの原理的な構成を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るステッピング・アクチュエータの動作を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係るステッピング・アクチュエータの動作を説明するための説明図である。 本発明の第１実施例に係るステッピング・アクチュエータを組み立てた状態での外観を示す斜視図である。 図４の平面図である。 図５におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図４に示すステッピング・アクチュエータの分解斜視図である。 図７の平面図である。 図８におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 第１実施例における従動部材の斜視図である。 図１０の側面図である。 図１１の正面図である。 第１実施例におけるガイド部材の斜視図である。 図１３の平面図である。 図１４のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 第１実施例におけるガイド部材に組み込まれる従動部材及び駆動部材を示す分解斜視図である。 図１６の縦断面図である。 第１実施例における第１駆動部を示す斜視図である。 図１８の右側面図である。 図１９の正面図である。 第１実施例における第２駆動部を示す斜視図である。 図２１の右側面図である。 図２２の正面図である。 本発明の第２実施例に係るステッピング・アクチュエータを組み立てた状態での縦断面図である。

符号の説明

１ ガイド部材
１０ ガイド部材本体
１１ 第１ガイド部
１２ 第２ガイド部
１３ 谷部
１４ 頂部
２ 駆動部材
２ａ 第１駆動部
２ｂ 第２駆動部
２１ 第１傾斜部
２２ 立ち上がり部
２３ 第２傾斜部
２４ 立ち上がり部
３ 従動部材
３０ 基板
３０ａ 穴
３１ 突出部
４ バネ（弾性部材）
５ ハウジング
６ シャフト
７ シリンダ部材
７１ 第１シリンダ
７２ 第２シリンダ
７３ 第３シリンダ
８１ 第１ピストン
８２ 第２ピストン
９１ 第１配管
９２ 第２配管
１００ ロッド

Claims (8)

1. ガイド部材と、駆動部材と、従動部材とを備え、
   前記ガイド部材は、第１ガイド部と、第２ガイド部とを備えており、
   前記第１ガイド部と前記第２ガイド部とは、互いに異なる方向に傾斜して延長されており、
   かつ、前記第１ガイド部と前記第２ガイド部は、隣接することによって、一方向に凸となる略山形状を形成するようになっており、
   前記従動部材は、前記ガイド部材に対して押圧されており、
   かつ、前記従動部材は、前記第１ガイド部及び前記第２ガイド部に接触しながら、前記一方向に交差する方向に移動できるように、前記一方向において往復動可能とされており、
   前記駆動部材は、第１傾斜部を備えており、
   前記第１傾斜部は、前記第２ガイド部とほぼ平行な方向に傾斜しており、
   かつ、前記第１傾斜部は、前記ガイド部材に対して、前記一方向にほぼ沿って往復動可能とされており、
   さらに、前記第１傾斜部は、往動時に、第１ガイド部の基端側から、前記第１ガイド部の先端側まで、前記従動部材を押圧して移動させる構成となっており、
   前記第２ガイド部は、前記第１ガイド部の先端側まで移動した前記従動部材を、前記第２ガイド部の基端側まで案内する構成となっている、
   ことを特徴とする、ステッピング・アクチュエータ。
2. 前記第１ガイド部及び第２ガイド部は複数とされており、
   前記複数の第１ガイド部と前記複数の第２ガイド部は、一つずつ交互に、かつ隣接して配置されることによって、前記一方向に凸となる、複数の略山形形状を形成するようになっており、
   前記第１傾斜部は複数とされており、
   前記複数の第１傾斜部は、前記複数の第１ガイド部の全部又は一部に対応する位置に配置されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載のステッピング・アクチュエータ。
3. 前記複数の第１ガイドと複数の第２ガイド部とは、ほぼ一つの円周上に配置されており、前記従動部材は、前記複数の第１ガイド部と複数の第２ガイド部とによって案内されながら、前記円周に沿って回転する構成となっている
   ことを特徴とする、請求項２に記載のステッピング・アクチュエータ。
4. 前記駆動部材は、第２傾斜部をさらに備えており、
   前記第２傾斜部は、前記第１ガイド部とほぼ平行な方向に傾斜しており、
   かつ、前記第２傾斜部は、前記ガイド部材に対して、前記一方向にほぼ沿って往復動可能とされており、
   さらに、前記第２傾斜部は、往動時に、第２ガイド部の基端側から、前記第２ガイド部の先端側まで、前記従動部材を押圧して移動させる構成となっており、
   前記第１ガイド部は、前記第２ガイド部の先端側まで移動した前記従動部材を、前記第１ガイド部の基端側まで案内する構成となっている、
   ことを特徴とする、ステッピング・アクチュエータ。
5. 前記第１傾斜部は、流体圧によって往復動する構成となっている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のステッピング・アクチュエータ。
6. 前記第１傾斜部及び第２傾斜部は、いずれも流体圧によって往復動する構成となっている
   ことを特徴とする請求項４に記載のステッピング・アクチュエータ。
7. 前記従動部材は、弾性部材を用いて、前記ガイド部材に対して押圧されている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のステッピング・アクチュエータ。
8. 前記従動部材は、流体圧を用いて、前記ガイド部材に対して押圧されている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のステッピング・アクチュエータ。

Images