JP2010273924A - 遠隔操作型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 細長いパイプ部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で変更することができ、工具の先端位置を精度良く位置決めできる遠隔操作型アクチュエータを提供する。
【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２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、外郭となる外郭パイプ２５の内部に、スピンドル１３に回転を伝達する回転軸２２と、先端部材２を姿勢変更させる姿勢操作部材３１とを有する。姿勢操作部材３１は、外郭パイプ２５の内部にあるガイドパイプ３０のガイド孔３０ａ内に進退自在に挿通される。外郭パイプ２５内でガイドパイプ３０が動くことを抑制するガイドパイプ抑制手段５０を設ける。
【選択図】 図２

Description

この発明は、工具の姿勢を遠隔操作で変更可能で、医療用、機械加工等の用途で用いられる遠隔操作型アクチュエータに関する。

医療用として骨の加工に用いられたり、機械加工用としてドリル加工や切削加工に用いられたりする遠隔操作型アクチュエータがある。遠隔操作型アクチュエータは、直線形状や湾曲形状をした細長いパイプ部の先端に設けた工具を遠隔操作で制御する。ただし、従来の遠隔操作用アクチュエータは、工具の回転のみを遠隔操作で制御するだけであったため、医療用の場合、複雑な形状の加工や外からは見えにくい箇所の加工が難しかった。また、ドリル加工では、直線だけではなく、湾曲状の加工が可能なことが求められる。さらに、切削加工では、溝内部の奥まった箇所の加工が可能なことが求められる。以下、医療用を例にとって、遠隔操作型アクチュエータの従来技術と課題について説明する。

整形外科分野において、骨の老化等によって擦り減って使えなくなった関節を新しく人工のものに取り替える人工関節置換手術がある。この手術では、患者の生体骨を人工関節が挿入できるように加工する必要があるが、その加工には、術後の生体骨と人工関節との接着強度を高めるために、人工関節の形状に合わせて精度良く加工することが要求される。

例えば、股関節の人工関節置換手術では、大腿骨の骨の中心にある髄腔部に人工関節挿入用の穴を形成する。人工関節と骨との接触強度を保つには両者の接触面積を大きくとる必要があり、人工関節挿入用の穴は、骨の奥まで延びた細長い形状に加工される。このような骨の切削加工に用いられる医療用アクチュエータとして、細長いパイプ部の先端に工具を回転自在に設け、パイプ部の基端側に設けたモータ等の回転駆動源の駆動により、パイプ部の内部に配した回転軸を介して工具を回転させる構成のものがある（例えば特許文献１）。この種の医療用アクチュエータは、外部に露出した回転部分は先端の工具のみであるため、工具を骨の奥まで挿入することができる。

人工関節置換手術では、皮膚切開や筋肉の切断を伴う。すなわち、人体に傷を付けなければならない。その傷を最小限に抑えるためには、前記パイプ部は真っ直ぐでなく、適度に湾曲している方が良い場合がある。このような状況に対応するためのものとして、次のような従来技術がある。例えば、特許文献２は、パイプ部の中間部を２重に湾曲させて、パイプ部の先端側の軸心位置と基端側の軸心位置とをずらせたものである。このようにパイプ部の軸心位置が先端側と軸心側とでずれているものは、他にも知られている。また、特許文献３は、パイプ部を１８０度回転させたものである。

特開２００７−３０１１４９号公報 米国特許第４，４６６，４２９号明細書 米国特許第４，２６５，２３１号明細書 特開２００１−１７４４６号公報

生体骨の人工関節挿入用穴に人工関節を嵌め込んだ状態で、生体骨と人工関節との間に広い隙間があると、術後の接着時間が長くなるため、前記隙間はなるべく狭いのが望ましい。また、生体骨と人工関節の接触面が平滑であることも重要であり、人工関節挿入用穴の加工には高い精度が要求される。しかし、パイプ部がどのような形状であろうとも、工具の動作範囲はパイプ部の形状の制約を受けるため、皮膚切開や筋肉の切断をできるだけ小さくしながら、生体骨と人工関節との間の隙間を狭くかつ両者の接触面が平滑になるように人工関節挿入用穴を加工するのは難しい。

一般に、人工関節置換手術が行われる患者の骨は、老化等により強度が弱くなっていることが多く、骨そのものが変形している場合もある。したがって、通常考えられる以上に、人工関節挿入用穴の加工は難しい。

そこで、本出願人は、人工関節挿入用穴の加工を比較的容易にかつ精度良く行えるようにすることを目的として、工具の姿勢を遠隔操作で変更可能とすることを試みた。工具の姿勢が変更可能であれば、パイプ部の形状に関係なく、工具を適正な姿勢に保持することができ、きめ細かな加工が可能になる。しかし、工具は細長いパイプ部の先端に設けられているため、工具の姿勢を変更させる機構を設ける上で制約が多く、それを克服するための工夫が必要である。なお、細長いパイプ部を有しない医療用アクチュエータでは、手で握る部分に対して工具が設けられた部分が姿勢変更可能なものがある（例えば特許文献４）が、遠隔操作で工具の姿勢を変更させるものは提案されていない。

工具の姿勢を遠隔操作で変更可能であっても、工具の先端位置を正確に位置決めできることが求められる。しかし、工具の姿勢を遠隔操作で変更可能にすると、パイプ部の内部に、工具に回転を伝達する回転軸と、工具の姿勢を変更させる姿勢変更部材とを設けることになり、パイプ部の構造が複雑になるため、工具の位置決め精度に影響を与える要素が増える。

この発明は、細長いパイプ部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で変更することができ、かつ工具の先端位置を精度良く位置決めできて、加工精度が良い遠隔操作型アクチュエータを提供することを課題としている。

この発明にかかる遠隔操作型アクチュエータは、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、前記スピンドルガイド部の外郭となる外郭パイプと、この外郭パイプの内部にあって内径孔が前記ガイド孔となるガイドパイプとを有し、外郭パイプ内でガイドパイプが動くことを抑制するガイドパイプ抑制手段を設けたこと特徴とする。

この構成によれば、先端部材に設けた工具の回転により、骨等の切削が行われる。その場合に、姿勢変更用駆動源により姿勢操作部材を進退させると、この姿勢操作部材の先端が先端部材に対し作用することにより、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が姿勢変更する。姿勢変更用駆動源は、スピンドルガイド部の基端側の駆動部ハウジング内に設けられており、上記先端部材の姿勢変更は遠隔操作で行われる。姿勢操作部材はガイド孔に挿通されているため、姿勢操作部材が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材に対し適正に作用することができ、先端部材の姿勢変更動作が正確に行われる。

外郭パイプ内でガイドパイプが動くことを抑制するガイドパイプ抑制手段を設けることで、ガイドパイプの剛性が増す。それにより、駆動部ハウジングに設けた姿勢変更用駆動源の変位もしくは力を正確に先端部材に伝えることができるようになり、工具の位置決め精度が向上する。外郭パイプ内でガイドパイプが動く場合、姿勢変更用駆動源の変位もしくは力がガイドパイプ内の姿勢操作部材を介して先端部材へ伝えられる過程で、前記変位もしくは力がガイドパイプの径方向に逃げる。そのため、姿勢変更用駆動源の変位もしくは力が先端部材に正確に伝わらず、工具の位置決め精度が悪くなる。この発明は、このようなガイドパイプの動きがガイドパイプ抑制手段で抑制されるため、工具の位置決め精度が向上する。

この発明において、前記ガイドパイプ抑制手段は、前記ガイドパイプを前記外郭パイプの内径面に押し当てる手段とすることができる。
ガイドパイプ抑制手段でガイドパイプを外郭パイプの内径面に押し当てることにより、ガイドパイプと外郭パイプの隙間がなくなり、ガイドパイプが外郭パイプ内で動きにくくなる。また、ガイドパイプと外郭パイプの接触面間の摩擦により、ガイドパイプが動きにくくなる。

前記回転軸を回転自在に支持する回転軸支持部材を有する場合、前記ガイドパイプ抑制手段は、前記外郭パイプの内径寸法、前記ガイドパイプの外径寸法、および前記回転軸支持部材の外径寸法の少なくとも１つ以上を調整することにより、前記ガイドパイプを前記外郭パイプの内径面に押し当てる構成としてもよい。
上記各部品の寸法の少なくとも１つ以上を調整することにより、ガイドパイプを外郭パイプの内径面に押し当てることができる。この構成は、各部品の寸法精度が高く要求されないので、低コストで製作することができる。

この発明において、前記外郭パイプ内の中心に前記回転軸が位置し、この回転軸と外郭パイプの内径面との間に、複数本の前記ガイドパイプ、または少なくとも１本のガイドパイプと外径がガイドパイプと同じである任意本数の同外径部材とが円周方向に並べて設けられている場合、前記外郭パイプの内径寸法をＤ１、前記ガイドパイプおよび前記同外径部材の外径寸法をＤ２、前記回転軸支持部材の外径寸法をＤ３とした場合、Ｄ１／２≦Ｄ２＋Ｄ３／２の関係が成り立つようにするのがよい。
つまり、外郭パイプとガイドパイプおよび同外径部材間、ならびにガイドパイプおよび同外径部材と回転軸支持部材間は、いずれも隙間が無いか、または負隙間にすることで、ガイドパイプおよび同外径部材が、外郭パイプの内径面に押し付けられ、かつ回転軸支持部材の外径面に押し付けられる。そのため、ガイドパイプおよび同外径部材は、外郭パイプ内で外郭パイプの径方向に動くことが抑制される。また、また、ガイドパイプおよび同外径部材と、外郭パイプおよび回転軸支持部材の接触面間の摩擦によっても、ガイドパイプおよび同外径部材が動きにくくなる。それにより、ガイドパイプの剛性を増すことができる。

また、前記回転軸を回転自在に支持する回転軸支持部材を有する場合、前記ガイドパイプ抑制手段は、前記回転軸支持部材の外周に設けた弾性部材としてもよい。
回転軸支持部材の外周に弾性部材を設けると、弾性部材がガイドパイプと外郭パイプの隙間に応じて弾性変形することにより、前記隙間を無くして、ガイドパイプを外郭パイプの内径面に押し当てることができる。

この発明において、前記回転軸を回転自在に支持する複数の回転軸支持部材を有し、前記ガイドパイプ抑制手段は、少なくとも１組の隣合う前記回転軸支持部材間に設けられ、前記ガイドパイプと接触するガイドパイプ接触部材であってもよい。
少なくとも１組の隣合う回転軸支持部材間に、ガイドパイプと接触するガイドパイプ接触部材を設けることによっても、ガイドパイプの外郭パイプ内での動きを抑制できる。

前記ガイドパイプ接触部材は、前記ガイドパイプを前記外郭パイプの内径面に押し当てる作用を有するのがよい。
ガイドパイプ接触部材でガイドパイプを外郭パイプの内径面に押し当てることにより、ガイドパイプと外郭パイプの隙間がなくなり、ガイドパイプが外郭パイプ内で動きにくくなる。また、ガイドパイプと外郭パイプの接触面間の摩擦により、ガイドパイプが動きにくくなる。

前記ガイドパイプ抑制手段が前記ガイドパイプ接触部材である場合、前記ガイドパイプ接触部材を前記外郭パイプに固定すると効果的である。
ガイドパイプ接触部材が外郭パイプに固定されていると、ガイドパイプ接触部材が外郭パイプ内で動けなくなるため、ガイドパイプ接触部材に支持されたガイドパイプも外郭パイプ内で動きにくくなる。

前記回転軸支持部材は転がり軸受であり、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対し予圧を与えるばね要素を設ける場合、前記ガイドパイプ接触部材を、前記ばね要素が転がり軸受の内輪側に配置されている軸方向箇所に設けるのがよい。
隣合う転がり軸受間にばね要素が設けられている場合、ばね要素が転がり軸受の内輪側に配置されている軸方向箇所にガイドパイプ接触部材を設けることにより、ばね要素とガイドパイプ接触部材の干渉を避けることができる。

この発明において、前記ガイドパイプの少なくとも一方の端部を、前記外郭パイプまたは外郭パイプに固定された部材に固定するのがよい。その場合、前記ガイドパイプの端部は、ねじ、圧入、接着、および溶接のうちの何れかにより固定することができる。
ガイドパイプの少なくとも一方の端部を、外郭パイプまたは外郭パイプに固定された部材に固定することにより、ガイドパイプの軸方向の移動が抑制され、外郭パイプ内でガイドパイプが動きにくくなる。ねじ、圧入、接着、および溶接のうちの何れでも、ガイドパイプの端部を容易に固定することができる。

この発明において、前記ガイドパイプに対し、軸方向の圧縮力を付与する圧縮力付与手段を設けるのがよい。
圧縮力付与手段を設ければ、ガイドパイプが外郭パイプとの隙間をなくすように変形することで、ガイドパイプの移動が抑制される。また、ガイドパイプに両端から力を付与するため、ガイドパイプの軸方向に移動が抑制される。

この発明において、前記ガイドパイプを前記外郭パイプに、溶接またはろう付けにより固定するのがよい。
ガイドパイプを外郭パイプに、溶接またはろう付けにより固定することで、外郭パイプ内でガイドパイプが動かなくなる。

この発明において、前記スピンドルガイド部は湾曲した箇所を有していてもよい。
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。

この発明の遠隔操作型アクチュエータは、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、前記スピンドルガイド部の外郭となる外郭パイプと、この外郭パイプの内部にあって内径孔が前記ガイド孔となるガイドパイプとを有し、外郭パイプ内でガイドパイプが動くことを抑制するガイドパイプ抑制手段を設けたため、細長いパイプ部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で変更することができ、かつ工具の先端位置を精度良く位置決めできて、加工精度が良い。

この発明の一実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。（Ａ），（Ｂ）はそれぞれスピンドルガイド部の形状が異なる遠隔操作型アクチュエータを示す。 （Ａ）は図１（Ａ）の遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのIIＢ−IIＢ断面図、（Ｃ）は先端部材と回転軸との連結構造を示す図である。 （Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図、（Ｂ）はそのIIIＢ−IIIＢ断面図である。 （Ａ）はこの発明の異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのIVＢ−IVＢ断面図である。 同遠隔操作型アクチュエータの回転軸支持部材およびガイドパイプ抑制手段の断面図である。 異なる回転軸支持部材およびガイドパイプ抑制手段の断面図である。 さらに異なる回転軸支持部材およびガイドパイプ抑制手段の断面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのVIIIＢ−VIIIＢ、（Ｃ）はそのVIIIＣ−VIIIＣ断面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのIXＢ−IXＢ、（Ｃ）はそのIXＣ−IXＣ断面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXIＢ−XIＢ断面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はその平面図、（Ｃ）はXIＣ−XIＣ断面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はその平面図、（Ｃ）はそのXIIＣ−XIIＣ断面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXIIIＢ−XIIIＢ断面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXIVＢ−XIVＢ断面図である。 （Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図、（Ｂ）はそのXVＢ−XVＢ断面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXVIＢ−XVIＢ断面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXVIIＢ−XVIIＢ断面図、（Ｃ）は先端部材のハウジングを基端側から見た図である。

この発明の一実施形態を図１〜図３と共に説明する。図１において、この遠隔操作型アクチュエータは、回転式の工具１を保持する先端部材２と、この先端部材２が先端に姿勢変更自在に取付けられた細長形状のスピンドルガイド部３と、この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、この駆動部ハウジング４ａ内の工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを制御するコントローラ５とを備える。駆動部ハウジング４ａは、内蔵の工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃと共に駆動部４を構成する。図１（Ａ）はスピンドルガイド部３が直線形状の遠隔操作型アクチュエータを示し、同図（Ｂ）はスピンドルガイド部３が湾曲形状の遠隔操作型アクチュエータを示す。

図２は、図１（Ａ）に示す遠隔操作型アクチュエータの先端部材２およびスピンドルガイド部３の断面図である。先端部材２は、略円筒状のハウジング１１の内部に、一対の軸受１２によりスピンドル１３が回転自在に支持されている。スピンドル１３は、先端側が開口した筒状で、中空部に工具１のシャンク１ａが嵌合状態に挿入され、回り止めピン１４によりシャンク１ａが回転不能に結合される。この先端部材２は、先端部材連結部１５を介してスピンドルガイド部３の先端に取付けられる。先端部材連結部１５は、先端部材２を姿勢変更自在に支持する手段であり、球面軸受からなる。具体的には、先端部材連結部１５は、ハウジング１１の基端の内径縮径部からなる被案内部１１ａと、スピンドルガイド部３の先端に固定された抜け止め部材２１の鍔状部からなる案内部２１ａとで構成される。両者１１ａ，２１ａの互いに接する各案内面Ｆ１，Ｆ２は、スピンドル１３の中心線ＣＬ上に曲率中心Ｏが位置し、基端側ほど径が小さい球面とされている。これにより、スピンドルガイド部３に対して先端部材２が抜け止めされるとともに、姿勢変更自在に支持される。

スピンドルガイド部３は、駆動部ハウジング４ａ内の工具回転用駆動源４１（図３）の回転力を前記スピンドル１３へ伝達する回転軸２２を有する。この例では、回転軸２２はワイヤとされ、ある程度の弾性変形が可能である。ワイヤの材質としては、例えば金属、樹脂、グラスファイバー等が用いられる。ワイヤは単線であっても、撚り線であってもよい。図２（Ｃ）に示すように、スピンドル１３と回転軸２２とは、自在継手等の継手２３を介して回転伝達可能に接続されている。継手２３は、スピンドル１３の閉塞した基端に設けられた溝１３ａと、回転軸２２の先端に設けられ前記溝１３ａに係合する突起２２ａとで構成される。上記溝１３ａと突起２２ａとの連結箇所の中心は、前記案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置である。回転軸２２と突起２２ａは別部材として構成してもよい。

スピンドルガイド部３は、このスピンドルガイド部３の外郭となる外郭パイプ２５を有し、この外郭パイプ２５の中心に前記回転軸２２が位置する。回転軸２２は、それぞれ軸方向に離れて配置された複数の回転軸支持手段としての転がり軸受２６によって回転自在に支持されている。各転がり軸受２６間には、これら転がり軸受２６に予圧を発生させるためのばね要素２７Ａ，２７Ｂが設けられている。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受２６の内輪２６ａに予圧を発生させる内輪用ばね要素２７Ａと、外輪２６ｂに予圧を発生させる外輪用ばね要素２７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。前記抜け止め部材２１は、固定ピン２８により外郭パイプ２５のパイプエンド部２５ａに固定され、その先端内周部で転がり軸受２９を介して回転軸２２の先端部を回転自在に支持している。パイプエンド部２５ａは、外郭パイプ２５と別部材とし、溶接等により結合してもよい。

外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、両端に貫通する１本のガイドパイプ３０が設けられ、このガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、ワイヤ３１ａとその両端の柱状ピン３１ｂとでなる姿勢操作部材３１が進退自在に挿通されている。先端部材２側の柱状ピン３１ｂの先端は球面状で、先端部材２の姿勢操作部材３１との接触面であるハウジング１１の基端面１１ｂに当接している。ハウジング１１の基端面１１ｂは、外径側ほどスピンドルガイド部３側に近い傾斜面とされている。駆動部ハウジング４ａ側の柱状ピン３１ｂの先端も球面状で、後記レバー４３ｂ（図３）の側面に当接している。柱状ピン３１ｂを省いて、１本のワイヤ３１ａのみで姿勢操作部材３１を構成してもよい。

上記姿勢操作部材３１が位置する周方向位置に対し１８０度の位相の位置には、先端部材２のハウジング１１の基端面とスピンドルガイド部３の外郭パイプ２５の先端面との間に、例えば圧縮コイルばねからなる復元用弾性部材３２が設けられている。この復元用弾性部材３２は、先端部材２を所定姿勢側へ付勢する作用をする。

また、外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、前記ガイドパイプ３０とは別に、このガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ１上に、複数本の補強シャフト３４が配置されている。これらの補強シャフト３４は、スピンドルガイド部３の剛性を確保するためのものである。補強シャフト３４は、外径がガイドパイプ３０と同じの同外径部材である。ガイドパイプ３０と補強シャフト３４の配列間隔は等間隔とされている。

外郭パイプ２５の内径寸法をＤ１、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４の外径寸法をＤ２、転がり軸受２６の外径寸法をＤ３とした場合、Ｄ１／２≦Ｄ２＋Ｄ３／２の関係が成り立つように各寸法が設定されている。すなわち、外郭パイプ２５とガイドパイプ３０および補強シャフト３４間、ならびにガイドパイプ３０および補強シャフト３４と転がり軸受２６間は、いずれも隙間が無いか、または負隙間にしてある。

これにより、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４が、外郭パイプ２５の内径面に押し付けられ、かつ転がり軸受２６の外径面に押し付けられる。そのため、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４は、外郭パイプ２５内で外郭パイプ２５の径方向に動くことが抑制される。また、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４と、外郭パイプ２５および転がり軸受２６の接触面間の摩擦によっても、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４が動きにくくなる。つまり、この実施形態では、外郭パイプ２５および転がり軸受２６が、外郭パイプ２５内でガイドパイプ３０が動くことを抑制するガイドパイプ抑制手段５０を構成している。

詳しくは、外郭パイプ２５の内径寸法Ｄ１、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４の外径寸法Ｄ２、および転がり軸受２６の外径寸法Ｄ３の少なくとも１つ以上を調整することで、前記関係が成り立つようにできる。例えば、外径寸法Ｄ２が異なる複数種のガイドパイプ３０および補強シャフト３４を用意しておき、その中から適したものを選択的に用いる。同様に、外径寸法Ｄ３が異なる複数の転がり軸受２６を用意してもよく、あるいは、内径寸法Ｄ１が異なる複数の外郭パイプ２５を用意してもよい。この方法によれば、各部品２５，２６，３０，３４の寸法精度が高く要求されないので、スピンドルガイド部３を低コストで製作することができる。

図１（Ｂ）のスピンドルガイド部３が湾曲形状の遠隔操作型アクチュエータの場合、図示は省略するが、外郭パイプ２５、ガイドパイプ３０、および補強シャフト３４を湾曲形状とする必要がある。回転軸２２は変形しやすい材質を用いるのが良く、例えば形状記憶合金が適する。他は、スピンドルガイド部３が直線形状のものと同じ構成である。

図３は、駆動部ハウジング４ａ内の工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを示す。工具回転用駆動機構４ｂは、工具回転用駆動源４１を備える。工具回転用駆動源４１は、例えば電動モータであり、その出力軸４１ａが前記回転軸２２の基端に結合させてある。なお、回転軸２２は、後記レバー４３ｂに形成された開口４４を貫通させてある。

姿勢変更用駆動機構４ｃは、姿勢操作部材３１に対応する姿勢変更用駆動源４２を備える。姿勢変更用駆動源４２は、例えば電動リニアアクチュエータであり、図３（Ａ）の左右方向に移動する出力ロッド４２ａの動きが、増力伝達機構４３を介して前記姿勢操作部材３１に伝達される。増力伝達機構４３は、支軸４３ａ回りに回動自在なレバー４３ｂを有し、このレバー４３ｂにおける支軸４３ａからの距離が長い作用点Ｐ１に出力ロッド４２ａの力が作用し、支軸４３ａからの距離が短い力点Ｐ２で姿勢操作部材３１に力を与える構成であり、姿勢変更用駆動源４２の出力が増力して姿勢操作部材３１に伝達される。増力伝達機構４３を設けると、小さな出力のリニアアクチュエータでも姿勢操作部材３１に大きな力を与えることができるので、リニアアクチュエータの小型化が可能になる。姿勢変更用駆動源４２は、回転モータであってもよい。また、リニアアクチュエータ等を設ける代わりに、手動により先端部材２の姿勢を遠隔操作してもよい。

姿勢変更用駆動機構４ｃには、各姿勢変更用駆動源４２の動作量をそれぞれ個別に検出する動作量検出器４５が設けられている。この動作量検出器４５の検出値は、姿勢検出手段４６に出力される。姿勢検出手段４６は、動作量検出器４５の出力により、先端部材２のＸ軸（図２）回りの傾動姿勢を検出する。姿勢検出手段４６は、上記傾動姿勢と動作量検出器４５の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて傾動姿勢を検出する。この姿勢検出手段４６は、コントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。

また、姿勢変更用駆動機構４ｃには、電動アクチュエータである姿勢変更用駆動源４２に供給される電力量をそれぞれ個別に検出する供給電力計４７が設けられている。この供給電力計４７の検出値は、荷重検出手段４８に出力される。荷重検出手段４８は、供給電力計４７の出力により、先端部材２に作用する荷重を検出する。荷重検出手段４８は、上記荷重と供給電力計４７の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて荷重を検出する。この荷重検出手段４８は、コントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。

コントローラ５は、前記姿勢検出手段４６および荷重検出手段４８の検出値に基づき、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を制御する。

この遠隔操作型アクチュエータの動作を説明する。
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。

使用時には、姿勢変更用駆動源４２を駆動させて、遠隔操作で先端部材２の姿勢変更を行う。例えば、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を先端側へ進出させると、姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されて、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。逆に、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を後退させると、復元用弾性部材３２の弾性反発力によって先端部材２のハウジング１１が押し戻され、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。その際、先端部材連結部１５には、姿勢操作部材３１の圧力、復元用弾性部材３２の弾性反発力、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。先端部材２の姿勢は、動作量検出器４５の検出値から、姿勢検出手段４６によって検出される。そのため、遠隔操作で先端部材２の姿勢を適正に制御できる。

先端部材２のハウジング１１の基端面１１ｂが外径側ほどスピンドルガイド部３側に近い傾斜面とされているため、姿勢操作部材３１がハウジング１１の基端面１１ｂを押したときに、姿勢操作部材３１に対してハウジング１１の基端面１１ｂが滑りやすく、ハウジング１１の円滑な姿勢変更ができる。

姿勢操作部材３１はガイドパイプ３０のガイド孔３０ａに挿通されているため、姿勢操作部材３１が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材２に対し適正に作用することができ、先端部材２の姿勢変更動作が正確に行われる。また、姿勢操作部材３１はワイヤからなり可撓性であるため、スピンドルガイド部３が湾曲していても先端部材２の姿勢変更動作が確実に行われる。さらに、スピンドル１３と回転軸２２との連結箇所の中心が案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置であるため、先端部材２の姿勢変更によって回転軸２２に対して押し引きする力がかからず、先端部材２が円滑に姿勢変更できる。

外郭パイプ２５内でガイドパイプ３０が動くことを抑制するガイドパイプ抑制手段５０が設けられているため、ガイドパイプ３０の剛性が高く保たれている。それにより、駆動部ハウジング４ａに設けた姿勢変更用駆動源４２の変位もしくは力を正確に先端部材２に伝えることができ、工具１の位置決め精度が良い。外郭パイプ２５内でガイドパイプ３０が動く場合、姿勢変更用駆動源４２の変位もしくは力がガイドパイプ３０内の姿勢操作部材３１を介して先端部材２へ伝えられる過程で、前記変位もしくは力がガイドパイプ３０の径方向に逃げるため、姿勢変更用駆動源４２の変位もしくは力が先端部材２に正確に伝わらず、工具１の位置決め精度が悪くなるのである。

スピンドルガイド部３内において、回転軸支持部材である転がり軸受２６によって回転軸２２が回転自在に支持されているため、回転軸２２を高速回転させて工具回転用駆動源４１の回転をスピンドル１３に伝達することが可能である。ばね要素２７Ａ，２７Ｂにより転がり軸受２６に予圧がかけられているため、転がり軸受２６の支持剛性が高く、回転軸２２を高速回転させるのに適する。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは隣合う転がり軸受２６間に設けられているので、スピンドルガイド部３の径を大きくせずにばね要素２７Ａ，２７Ｂを設けることができる。このように、回転軸２２を高速回転させることが可能であるため、工具１を高速で回転させて加工を行うことができる。そのため、被切削面をきれいに仕上げることができ、工具１に作用する切削抵抗を低減させられる。

細長形状であるスピンドルガイド部３には、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護状態で設ける必要があるが、外郭パイプ２５の中心部に回転軸２２を設け、外郭パイプ２５と回転軸２２との間に、姿勢操作部材３１を収容したガイドパイプ３０と補強シャフト３４とを円周方向に並べて配置した構成としたことにより、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護し、かつ内部を中空して軽量化を図りつつ剛性を確保できる。また、全体のバランスも良い。

この遠隔操作型アクチュエータは、例えば人工関節置換手術において骨の髄腔部を削るのに使用されるものであり、施術時には、先端部材２の全部または一部が患者の体内に挿入して使用される。このため、上記のように先端部材２の姿勢を遠隔操作で変更できれば、常に工具１を適正な姿勢に保持した状態で骨の加工をすることができ、人工関節挿入用穴を精度良く仕上げることができる。スピンドルガイド部３が湾曲形状のものは、直線形状のものでは届きにくい骨の奥まで先端部材２を挿入することが可能な場合がある。図１（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ示すスピンドルガイド部３が直線形状のものと湾曲形状のものを適宜使い分けることにより、人工関節置換手術における人工関節挿入用穴の加工を精度良く仕上げることができる。

図４および図５は、ガイドパイプ抑制手段５０の異なる構成を示す。ガイドパイプ３０および補強シャフト３４と転がり軸受２６との間に隙間５１（図５）があり、この隙間５１を埋めるように、転がり軸受２６の外輪２６ｂの外径面に環状の弾性部材５２が設けられている。図５に示すように、弾性部材５２は幅広帯状で、外輪２６ｂの外径面の軸方向全域を覆っている。弾性部材５２の材料としては、硬度の低いものが好ましく、例えばシリコンゴム等のゴム材や、フッ素樹脂等の樹脂材が用いられる。

この場合は、外郭パイプ２５の内径寸法Ｄ１、ガイドパイプ３０および同外径部材として補強シャフト３４の外径寸法Ｄ２、ならびに転がり軸受２６の外径寸法Ｄ３の関係につき、Ｄ１／２≧Ｄ２＋Ｄ３／２となるように各寸法を設定する。すなわち、外郭パイプ２５とガイドパイプ３０および補強シャフト３４間、ならびにガイドパイプ３０および補強シャフト３４と転がり軸受２６間は、いずれも隙間が無いか、または正隙間にする。そして、外力が加わらない状態における弾性部材５２の厚みＴを、隙間寸法δよりも大きくする。

弾性部材５２が設けられていると、隙間５１に応じて弾性部材５２が弾性変形することにより、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４が外郭パイプ２５の内径面に押し付けられる。そのため、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４が、外郭パイプ２５内で外郭パイプ２５の径方向に動くことが抑制される。また、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４と外郭パイプ２５との接触面間の摩擦によっても、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４が動きにくくなる。つまり、この実施形態では、外郭パイプ２５、転がり軸受２６、および弾性部材５２が、外郭パイプ２５内でガイドパイプ３０が動くことを抑制するガイドパイプ抑制手段５０を構成している。

図６はガイドパイプ抑制手段としての弾性部材の異なる例を示す。この弾性部材５２は幅狭帯状で、転がり軸受２６の外輪２６ｂの外径面に設けられた環状溝５３に嵌め込まれている。弾性部材５２を環状溝５３に嵌め込むことで、外輪２６ｂの外径面から弾性部材５２が離脱するのを防止できる。

図７は弾性部材のさらに異なる例を示す。この弾性部材５２は２本のＯリング５２ａからなり、各Ｏリング５２ａは、転がり軸受２６の外輪２６ｂの外径面に設けられた環状溝５３にそれぞれ嵌め込まれている。弾性部材５２をＯリング５２ａで構成すれば、外輪２６ｂの外径面に弾性部材５２を容易に設けることができ、組立性が良好である。図７の例では、弾性部材５２が２本のＯリング５２ａからなるため、転がり軸受２６を安定して固定することができ、転がり軸受２６にモーメント荷重が作用しても、２点で支持しているため、支持剛性が極端に低下しない。

図８は、ガイドパイプ抑制手段５０のさらに異なる構成を示す。このガイドパイプ抑制手段５０は、隣合う転がり軸受２６間の一部分に、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４と接触するガイドパイプ接触部材５５を設けたものである。ガイドパイプ接触部材５５は、外郭パイプ２５を基準にしてガイドパイプ３０および補強シャフト３４の内径側となる面に接触する形状である。ガイドパイプ接触部材５５が設けられている軸方向箇所は、内輪用ばね要素２７Ａが配置されている軸方向箇所とされ、ガイドパイプ接触部材５５の内径は、内輪用ばね要素２７Ａの外径よりも大きくしてある。これにより、ばね要素２７Ａ，２７Ｂとガイドパイプ接触部材５５との干渉を避けることができる。

外郭パイプ２５の内径寸法Ｄ１、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４の外径寸法Ｄ２、ならびにガイドパイプ接触部材５５の形状および各部寸法を適切に設定することにより、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４を外郭パイプ２５の内径面に押し当てるようにできる。例えば、ガイドパイプ接触部材５５におけるガイドパイプ３０および補強シャフト３４が嵌まる各凹部５５ａの底部を結ぶ円Ｃ２の径をＤ４とした場合、Ｄ１／２≦Ｄ２＋Ｄ４／２となるように各寸法を設定する。すなわち、外郭パイプ２５とガイドパイプ３０および補強シャフト３４間、ならびにガイドパイプ３０および補強シャフト３４とガイドパイプ接触部材５５間を、いずれも隙間が無いか、または負隙間にする。それにより、ガイドパイプ３０と外郭パイプ２５の隙間がなくなり、ガイドパイプ３０が外郭パイプ２５内で動きにくくなる。また、ガイドパイプ３０と外郭パイプ２５の接触面間の摩擦により、ガイドパイプ３０が動きにくくなる。

図９は、ガイドパイプ抑制手段５０のさらに異なる構成を示す。このガイドパイプ抑制手段５０は、ガイドパイプ３０および補強シャフト３４と接触するガイドパイプ接触部材５５が設けられ、このガイドパイプ接触部材５５の外径端は外郭パイプ２５の内径面に当たるまで延ばされ、その外径端が溶接５６により外殻パイプ２５に固定してある。ガイドパイプ接触部材５５の外郭パイプ２５への固定は、ろう付け等の他の方法であってもよい。ガイドパイプ接触部材５５を外殻パイプ２５に固定した状態において、ガイドパイプ３０が外殻パイプ２５に押し当てられているのが好ましい。それにより、前記同様の作用および効果が得られる。ただし、ガイドパイプ接触部材５５が外殻パイプ２５に押し当てられていなくても、ガイドパイプ接触部材５５によりガイドパイプ３０が移動できる隙間を小さくすることができるため、ガイドパイプ抑制手段５０として有効である。

図１０は、ガイドパイプ抑制手段５０のさらに異なる構成を示す。このガイドパイプ抑制手段５０は、ガイドパイプ３０の少なくとも一方の端部を、外郭パイプ２５または外郭パイプ２５に固定された部材にそれぞれ固定することで、ガイドパイプ３０の軸方向の移動を抑制し、外郭パイプ２５内でガイドパイプ３０が動きにくくしたものである。この実施形態では、ガイドパイプ３０の先端部が、外郭パイプ２５のパイプエンド部２５ａに設けられた孔部５７に、圧入により固定されている。また、ガイドパイプ３０の基端部が、外殻パイプ２５に固定された部材であるフランジ部材５８に設けられた溝部５９に、圧入により固定されている。補強シャフト３４の両端部も、パイプエンド部２５ａの孔部５７およびフランジ部材５８の溝部５９に、それぞれ圧入により固定されている。これらガイドパイプ３０および補強シャフト３４の両端部を、圧入の代わりに、ねじ、接着、溶接等により固定してもよい。何れでも、容易に固定することができる。

この実施形態のように、ガイドパイプ３０の両端部を固定すれば、ガイドパイプ３０に対して軸方向の圧縮力が付与される。パイプエンド部２５ａの孔部５７およびフランジ部材５８の溝部５９は、ガイドパイプ３０に対して軸方向の圧縮力を付与する圧縮力付与手段である。圧縮力付与手段を設ければ、ガイドパイプ３０が外郭パイプ２５との隙間をなくすように変形し、ガイドパイプ３０の移動が抑制される。また、ガイドパイプ３０に両端から力を付与するため、ガイドパイプ３０の軸方向に移動が抑制される。ガイドパイプ３０の両端部を固定せずに、一方の端部だけを固定しても、外郭パイプ２５内でガイドパイプ３０を動きにくくする作用は得られる。このガイドパイプ抑制手段５０は単独で採用してもよく、または先に説明した他のガイドパイプ抑制手段５０と併用してもよい。この実施形態では、他のガイドパイプ抑制手段５０として、転がり軸受２６の外径面に幅広帯状の弾性部材５２が設けられている。

なお、この遠隔操作型アクチュエータは、複数本のボルト６１によりフランジ部材５８を駆動部ハウジング４ａに結合させてあり、駆動部ハウジング４ａに対してスピンドルガイド部３が着脱可能である。詳しくは、フランジ部材５８は、基端面の中央部に円筒状の凸部５８ａを有し、この凸部５８ａを駆動部ハウジング４ａの凹部（図示せず）に嵌合させて結合される。複数本のボルト６１は円周方向に分散して配置されており、その頭部６１ａをフランジ部材５８の駆動部ハウジング４ａと反対側の側面に当接させ、軸部６１ｂをフランジ部材５８のボルト挿通孔６２に挿通させて、駆動部ハウジング４ａのボルト孔（図示せず）に螺合させてある。回転軸２２は、スピンドルガイド部３内のガイド部内部分２２ａと、駆動部ハウジング４ａ内のハウジング内部分２２ｂとでなり、これらガイド部内部分２２ａとハウジング内部分２２ｂとが、カップリング６３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される。

図１１および図１２は、それぞれガイドパイプ抑制手段５０のさらに異なる構成を示す。図１１のガイドパイプ抑制手段５０は、外郭パイプ２５の周壁に内外に連通する窓部７１を設け、外郭パイプ２５における前記窓部７１の周囲とガイドパイプ３０とをろう付け７２により固定したものである。図１２のガイドパイプ抑制手段５０は、外郭パイプ２５の周壁に窓部７１（図１１）を設けずに、外郭パイプ２５の外径面側からレーザー溶接７３により外郭パイプ２５とガイドパイプ３０とを固定したものである。なお、これらの例では、姿勢操作部材３１全体がワイヤからなっている。

このように、ガイドパイプ３０を外郭パイプ２５に、ろう付け７２または溶接７３により固定することで、外郭パイプ２５内でガイドパイプ３０を動かなくできる。また、外郭パイプ２５とガイドパイプ３０とを固定したことにより、スピンドルガイド部３の断面係数が大きくなって剛性が高くなる。そのため、先端部材２に力が作用してもスピンドルガイド部３が撓みにくくなり、駆動部ハウジング４ａに対する先端部材２の位置決め精度が向上する。このガイドパイプ抑制手段５０は単独で採用してもよく、または先に説明した他のガイドパイプ抑制手段５０と併用してもよい。

図１３は遠隔操作型アクチュエータの異なる実施形態を示す。この遠隔操作型アクチュエータは、外郭パイプ２５内の互いに１８０度の位相にある周方向位置に２本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。２本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ１上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は、曲率中心が点Ｏである球面、または点Ｏを通るＸ軸を軸心とする円筒面である。

駆動部４（図示せず）には、２つの姿勢操作部材３１をそれぞれ個別に進退操作させる２つの姿勢変更用駆動源４２（図示せず）が設けられており、これら２つの姿勢変更用駆動源４２を互いに逆向きに駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。例えば、図１３における上側の姿勢操作部材３１を先端側へ進出させ、かつ下側の姿勢操作部材３１を後退させると、上側の姿勢操作部材３１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１３（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。逆に、両姿勢操作部材３１を逆に進退させると、下側の姿勢操作部材３１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１３（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。その際、先端部材連結部１５には、上下２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、２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、１つの姿勢操作部材３１だけで加圧される前記実施形態に比べ、先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。

図１４は遠隔操作型アクチュエータのさらに異なる実施形態を示す。この遠隔操作型アクチュエータは、外郭パイプ２５内の互いに１２０度の位相をなす周方向位置に３本のガイドパイプ３０が設けられ、各ガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）が進退自在に挿通してある。ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ１上には、ガイドパイプ３０と交互に補強シャフト３４が配置されている。案内面Ｆ１，Ｆ２は、曲率中心が点Ｏである球面であり、先端部材２は任意方向に傾動可能である。

図１５は、この遠隔操作型アクチュエータの工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを示す。工具回転用駆動機構４ｂは、図３のものと同じ構成である。姿勢変更用駆動機構４ｃは、各姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）にそれぞれ対応する３個の姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）を備える。各姿勢変更用駆動源４２の出力ロッド４２ａの動きが、増力伝達機構４３を介してそれぞれ個別に各姿勢操作部材３１に伝達される。増力伝達機構４３は、支軸４３ａ回りにそれぞれ独立して回動自在なレバー４３ｂ（４３ｂＵ，４３ｂＬ，４３ｂＲ）を有する。また、各姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）に、姿勢変更用駆動源４２の動作量をそれぞれ個別に検出する動作量検出器４５（４５Ｕ，４５Ｌ，４５Ｒ）と、姿勢変更用駆動源４２に供給される電力量をそれぞれ個別に検出する供給電力計４７（４７Ｕ，４７Ｌ，４７Ｒ）とが設けられている。

使用時には、各姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）を互いに連係させて駆動することで、各姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）を進退させて、先端部材２の姿勢変更を行う。
例えば、図１４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１４（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１４（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１４（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。

図１６はさらに異なる実施形態を示す。この遠隔操作型アクチュエータのスピンドルガイド部３は、外郭パイプ２５の中空孔２４が、中心部の円形孔部２４ａと、この円形孔部２４ａの外周における互いに１２０度の位相をなす周方向位置から外径側へ凹んだ３つの溝状部２４ｂとでなる。溝状部２４ｂの先端の周壁は、断面半円形である。そして、円形孔部２４ａに回転軸２２と転がり軸受２６とが収容され、各溝状部２４ｂに姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）が収容されている。

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を厚くなり、外郭パイプ２５の断面２次モーメントが大きくなる。すなわち、スピンドルガイド部３の剛性が高まる。それにより、先端部材２の位置決め精度を向上させられるとともに、切削性を向上させられる。また、溝状部２４ｂにガイドパイプ３０を配置したことにより、ガイドパイプ３０の円周方向の位置決めを容易に行え、組立性が良好である。

図１７に示す遠隔操作型アクチュエータは、先端部材２のハウジング１１の基端面１１ｂ（同図（Ｃ））に径方向の溝部１１ｃを形成し、この溝部１１ｃの底面に、姿勢操作部材３１の球面状をした先端を当接させている。溝部１１ｃおよび姿勢操作部材３１は回転防止機構３７を構成し、溝部１１ｃに挿入された姿勢操作部材３１の先端部が溝部１１ｃの側面に当たることで、先端部材２がスピンドルガイド部３に対してスピンドル１３の中心線ＣＬ回りに回転するのを防止している。

このような回転防止機構３７を設けることにより、姿勢操作部材３１の進退を制御する姿勢操作用駆動機構４ｃ（図３）やその制御装置の故障等により工具１を保持する先端部材２が制御不能となった場合でも、先端部材２が中心線ＣＬ回りに回転して加工箇所の周りを傷付けたり、先端部材２自体が破損したりすることを防止できる。なお、図１７は姿勢操作部材３１が１本である場合の例を示しているが、姿勢操作部材３１が複数本である場合にも同様のことが言える。

上記各実施形態は、回転軸支持部材が転がり軸受２６であるが、回転軸支持部材は滑り軸受であってもよく、あるいは回転軸２２を回転自在に支持することのできる他の部材であってもよい。

以上、医療用の遠隔操作型アクチュエータについて説明したが、この発明はそれ以外の用途の遠隔操作型アクチュエータにも適用できる。例えば、機械加工用とした場合、湾曲状をした孔のドリル加工や、溝内部の奥まった箇所の切削加工が可能になる。

１…工具
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
２５…外郭パイプ
２６…転がり軸受（回転軸支持部材）
３０…ガイドパイプ
３０ａ…ガイド孔
３１…姿勢操作部材
３４…補強シャフト（同外径部材）
４１…工具回転用駆動源
４２…姿勢変更用駆動源
５０…ガイドパイプ抑制手段
５１…隙間
５２…弾性部材
５５…ガイドパイプ接触部材
５７…孔部（圧縮力付与手段）
５８…フランジ部材
５９…溝部（圧縮力付与手段）
７２…ろう付け
７３…溶接

Claims (14)

1. 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、
   前記スピンドルガイド部の外郭となる外郭パイプと、この外郭パイプの内部にあって内径孔が前記ガイド孔となるガイドパイプとを有し、外郭パイプ内でガイドパイプが動くことを抑制するガイドパイプ抑制手段を設けたことを特徴とする遠隔操作型アクチュエータ。
2. 請求項１において、前記ガイドパイプ抑制手段は、前記ガイドパイプを前記外郭パイプの内径面に押し当てる手段である遠隔操作型アクチュエータ。
3. 請求項２において、前記回転軸を回転自在に支持する回転軸支持部材を有し、前記ガイドパイプ抑制手段は、前記外郭パイプの内径寸法、前記ガイドパイプの外径寸法、および前記回転軸支持部材の外径寸法の少なくとも１つ以上を調整することにより、前記ガイドパイプを前記外郭パイプの内径面に押し当てる遠隔操作型アクチュエータ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記外郭パイプ内の中心に前記回転軸が位置し、この回転軸と外郭パイプの内径面との間に、複数本の前記ガイドパイプ、または少なくとも１本のガイドパイプと外径がガイドパイプと同じである任意本数の同外径部材とが円周方向に並べて設けられ、前記外郭パイプの内径寸法をＤ１、前記ガイドパイプおよび前記同外径部材の外径寸法をＤ２、前記回転軸支持部材の外径寸法をＤ３とした場合、Ｄ１≦Ｄ２×２＋Ｄ３の関係が成り立つ遠隔操作型アクチュエータ。
5. 請求項２において、前記回転軸を回転自在に支持する回転軸支持部材を有し、前記ガイドパイプ抑制手段は、前記回転軸支持部材の外周に設けた弾性部材である遠隔操作型アクチュエータ。
6. 請求項１において、前記回転軸を回転自在に支持する複数の回転軸支持部材を有し、前記ガイドパイプ抑制手段は、少なくとも１組の隣合う前記回転軸支持部材間に設けられ、前記ガイドパイプと接触するガイドパイプ接触部材である遠隔操作型アクチュエータ。
7. 請求項６において、前記ガイドパイプ接触部材は、前記ガイドパイプを前記外郭パイプの内径面に押し当てる作用を有する遠隔操作型アクチュエータ。
8. 請求項７において、前記ガイドパイプ接触部材を前記外郭パイプに固定した遠隔操作型アクチュエータ。
9. 請求項６ないし請求項８のいずれか１項において、前記回転軸支持部材は転がり軸受であり、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対し予圧を与えるばね要素を設け、前記ガイドパイプ接触部材を、前記ばね要素が転がり軸受の内輪側に配置されている軸方向箇所に設けた遠隔操作型アクチュエータ。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記ガイドパイプの少なくとも一方の端部を、前記外郭パイプまたは外郭パイプに固定された部材に固定した遠隔操作型アクチュエータ。
11. 請求項１０において、前記ガイドパイプの端部が、前記外郭パイプまたは外郭パイプに固定された部材に、ねじ、圧入、接着、および溶接のうちの何れかにより固定されている遠隔操作型アクチュエータ。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項において、前記ガイドパイプに対し、軸方向の圧縮力を付与する圧縮力付与手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
13. 請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記ガイドパイプを前記外郭パイプに、溶接またはろう付けにより固定した遠隔操作型アクチュエータ。
14. 請求項１ないし請求項１３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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