JP2010246701A - 遠隔操作型アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 細長形状のスピンドルガイド部3と、その先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、スピンドルガイド部3の基端が結合された駆動部ハウジング4aとを備える。先端部材2は、工具1を保持するスピンドル13を回転自在に支持する。スピンドルガイド部3は、外郭パイプと回転軸とガイドパイプとを有し、ガイドパイプ内に、先端部材2を姿勢変更させる姿勢操作部材を挿通する。結合手段51により駆動部ハウジング4aに対しスピンドルガイド部3を着脱自在に結合する。
【選択図】 図1
Description
回転軸のガイド部内部分とハウジング内部分とをカップリングで連結すれば、スピンドルガイド部と駆動部ハウジングとが互いに着脱できる構造にしても、駆動部ハウジング内に設けられている工具回転用駆動源の回転をスピンドルガイド部に確実に伝達できる。
スピンドルガイド部にフランジ部を設ければ、スピンドルガイド部と駆動部ハウジングの着脱が容易になり、着脱操作性が向上する。特に、ボルトやナット部材を用いてフランジ部を駆動部ハウジングに結合させれば、着脱操作性が良好であり、しかも簡単で安価な構造を実現できる。
位相合わせ手段を設けることにより、駆動部ハウジングに対する姿勢操作部材の回転軸の軸心回りの位相を容易に合わせることができ、姿勢操作部材のスムーズな進退動作を実現できる。また、例えば結合手段にねじ機構が用いられていて、スピンドルガイド部と駆動部ハウジングとを互いに回転軸の軸心回りに回転させながら結合させる場合、スピンドルガイド部と駆動部ハウジングの位相合わせが容易にでき、着脱操作性が向上する。
スピンドルガイド部と駆動部ハウジングの間に高圧領域を生成することにより、スピンドルガイド部で使用する冷却液や潤滑剤が駆動部ハウジング内に侵入することを防止できる。スピンドルガイド部の基端を駆動部ハウジングに結合したときに生じる空間を高圧領域とすれば、別に高圧領域用の空間を設けなくて済み、構造を簡単にできる。
工具を回転させるスピンドル、回転軸等の回転する部材は、回転摩擦により発熱する。それに伴い、軸受が加熱される。冷却手段を設ければ、軸受や上記発熱箇所を冷却液により冷却することができる。スピンドルガイド部内に冷却液を通過させれば、冷却液供給用の管を別に設ける必要がなく、スピンドルガイド部を簡素化および小径化できる。
さらに、前記冷却液により軸受を潤滑する効果も得られる。冷却液を軸受の潤滑に兼用させれば、軸受に一般的に使用されているグリス等を使用しなくてもよく、しかも別に潤滑装置を設けなくて済む。
加工時には、工具および被加工物が発熱する。冷却手段を設ければ、工具および被加工物を冷却液により冷却することができる。
冷却液が水もしくは生理食塩水であれば、先端部材を生体内に挿入して加工を行う場合に冷却液が生体に悪影響を与えない。
姿勢操作部材は可撓性であるため、スピンドルガイド部に湾曲した箇所があっても、ガイド孔内で進退させることができる。
外郭パイプ25を上記断面形状としたことにより、外郭パイプ25の溝状部24b以外の箇所の肉厚tを厚くすることができる。それにより、外郭パイプ25の断面2次モーメントを、同外径の中実シャフトの1/2以上とすることができる。例えば、ステンレス材料からなる外径8mmの中実シャフトの場合、断面2次モーメントは約200mm4である。
工具回転用駆動源41を駆動すると、その回転力が回転軸22を介してスピンドル13に伝達されて、スピンドル13と共に工具1が回転する。工具1を回転させて骨等を切削加工する際に先端部材2に作用する荷重は、供給電力計47の検出値から、荷重検出手段48によって検出される。このように検出される荷重の値に応じて遠隔操作型アクチュエータ全体の送り量や後記先端部材2の姿勢変更を制御することにより、先端部材2に作用する荷重を適正に保った状態で骨の切削加工を行える。
例えば、図2における上側の1つの姿勢操作部材31Uを先端側へ進出させ、かつ他の2つの姿勢操作部材31L,31Rを後退させると、上側の姿勢操作部材31Uによって先端部材2のハウジング11が押されることにより、先端部材2は図2(A)において先端側が下向きとなる側へ案内面F1,F2に沿って姿勢変更する。このとき、各姿勢操作部材31の進退量が適正になるよう、各姿勢変更用駆動源42が制御される。各姿勢操作部材31を逆に進退させると、左右の姿勢操作部材31L,31Rによって先端部材2のハウジング11が押されることにより、先端部材2は図2(A)において先端側が上向きとなる側へ案内面F1,F2に沿って姿勢変更する。
また、上側の姿勢操作部材31Uは静止させた状態で、左側の姿勢操作部材31Lを先端側へ進出させ、かつ右側の姿勢操作部材31Rを後退させると、左側の姿勢操作部材31Lによって先端部材2のハウジング11が押されることにより、先端部材2は右向き、すなわち図2(A)において紙面の裏側向きとなる側へ案内面F1,F2に沿って姿勢変更する。左右の姿勢操作部材31L,31Rを逆に進退させると、右の姿勢操作部材31Rによって先端部材2のハウジング11が押されることにより、先端部材2は左向きとなる側へ案内面F1,F2に沿って姿勢変更する。
このように姿勢操作部材31を円周方向の3箇所に設けることにより、先端部材2を上下左右の2軸(X軸、Y軸)の方向に姿勢変更することができる。その際、先端部材連結部15には、3つの姿勢操作部材31の圧力、および抜け止め部材21からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材2の姿勢が決定される。この構成では、3つの姿勢操作部材31で先端部材2のハウジング11に加圧されるため、先端部材2の姿勢安定性が高い。
駆動部ハウジング4aの凹部52にフランジ部50の凸部50aを嵌合させた状態において、凹部52には凸部50aに占められていない空間75、換言すればスピンドルガイド部3と駆動部ハウジング4aの間の空間75が形成されている。この空間75に高圧空気を注入するための高圧空気注入孔76が設けられている。回転軸22のガイド部内部分22aが挿通されるフランジ部50の孔、および回転軸22のハウジング内部分22bが挿通される中心貫通孔53は、シール部材77により密封する。シール部材77は、例えば回転軸22のガイド部内部分22aおよびハウジング内部分22bをそれぞれ支持する滑り軸受とする。また、フランジ部50の凸部50aの根元部分と駆動部ハウジング4aの凹部52の出口部分との間には、Oリング78を介在させる。そして、ポンプ等により外部から高圧空気注入孔76を介して空間75に高圧空気を注入することで、空間75をスピンドルガイド部3および駆動部ハウジング4a内の空間よりも高圧である高圧領域に生成する。
2…先端部材
3…スピンドルガイド部
4a…駆動部ハウジング
5…コントローラ
13…スピンドル
15…先端部材連結部
22…回転軸
22a…ガイド部内部分
22b…ハウジング内部分
26,29…転がり軸受
30…ガイドパイプ
30a…ガイド孔
31…姿勢操作部材
41…工具回転用駆動源
42…姿勢変更用駆動源
50…フランジ部
51…ボルト(結合手段)
57…位相合わせ手段
60…カップリング
65…環状突部
66…ナット部材
66b…開口
70…冷却手段
75…空間
Claims (11)
- 細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、前記スピンドルガイド部の基端が結合された駆動部ハウジングとを備え、
前記先端部材は、工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記駆動部ハウジング内に設けられた工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、前記姿勢操作部材を進退させる姿勢変更用駆動源を前記駆動部ハウジング内に設け、
結合手段により前記駆動部ハウジングに対し前記スピンドルガイド部を着脱自在に結合したことを特徴とする遠隔操作型アクチュエータ。 - 請求項1において、前記回転軸は、前記スピンドルガイド部内のガイド部内部分と、前記駆動部ハウジング内のハウジング内部分とでなり、これらガイド部内部分とハウジング内部分とを、カップリングにより、軸心方向に分離可能かつ軸心回りに回転伝達可能に連結した遠隔操作型アクチュエータ。
- 請求項1または請求項2において、前記スピンドルガイド部の前記駆動部ハウジング側端に、駆動部ハウジングに対し着脱自在なフランジ部を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
- 請求項3において、前記結合手段は、前記フランジ部を前記駆動部ハウジングに結合する複数本のボルトである遠隔操作型アクチュエータ。
- 請求項3において、前記駆動部ハウジングの前記スピンドルガイド部との対向面に環状突部が設けられ、この環状突部の内周に前記フランジ部が嵌合し、前記結合手段は、底部に前記スピンドルガイド部が挿通される開口を有し、その開口の周囲の底面が前記フランジ部の前記駆動部ハウジングと反対側の側面に当接し、前記環状突部の外周に形成されたねじ部に螺合して、前記フランジ部を前記駆動部ハウジングに結合するナット部材である遠隔操作型アクチュエータ。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、前記スピンドルガイド部と前記駆動部ハウジングの結合部に、スピンドルガイド部と駆動部ハウジングの前記回転軸の軸心回りの位相を合わせる位相合わせ手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記スピンドルガイド部と前記駆動部ハウジングの間に空間を設け、その空間に高圧空気を注入することにより前記スピンドルガイド部および前記駆動部ハウジング内の空間よりも高圧である高圧領域を生成した遠隔操作型アクチュエータ。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、前記スピンドルガイド部内の前記回転軸を回転自在に支持する軸受を設け、前記スピンドルガイド部内を通過する冷却液により前記軸受を冷却する冷却手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか1項において、前記スピンドルガイド部内を通過する冷却液、または外部から供給される冷却液により前記工具を冷却する冷却手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
- 請求項8または請求項9において、前記冷却液は、水もしくは生理食塩水である遠隔操作型アクチュエータ。
- 請求項1ないし請求項10のいずれか1項において、前記スピンドルガイド部は湾曲した箇所を有する遠隔操作型アクチュエータ。
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