JP2014000115A - 振動型駆動装置、医療装置、及び医療システム - Google Patents

振動型駆動装置、医療装置、及び医療システム Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は磁気装置イメージング装置のガントリー近傍または内部に、不要機械振動を伴わず安全に設置することが可能で、磁気共鳴イメージング装置の画像や磁気共鳴イメージング装置内部の磁場を乱すことのない、振動型駆動装置、医療装置、および医療システムを提供する。
【解決手段】 本発明は、機械エネルギ付与素子と、前記機械エネルギ付与素子が設けられた弾性部材と、前記弾性部材に励起された振動により、前記弾性部材との間に相対的変位が生じる被駆動部材と、を備え、前記弾性部材及び前記被駆動部材のうち少なくとも一つは、導電性材料から成る部分を有し、前記導電材料から成る部分は、有端弧状である振動型駆動装置に関する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、磁場を利用した診断や測定、医療処置を行う装置の近傍または内部に設置する振動型駆動装置または、振動型駆動装置を用いた医療装置及び医療システムに関する。
近年、医療支援ロボットの分野において、磁気共鳴イメージング装置を用いた画像フィードバックによる手術支援ロボットの研究開発が盛んである。旧来の磁気共鳴イメージング装置は、円筒形状のガントリーによって患者の体表を覆う形で画像診断を行う。一方、近年では、開口部の大きなガントリーやガントリーの中央部に広い空間を持つオープン磁気共鳴イメージング装置が開発され、手術支援ロボットや医師による磁気共鳴イメージング装置内部への介入の可能性が大きく広がりつつある。一方で、磁気共鳴イメージング装置における静磁場は、１．５［Ｔ］〜３．０［Ｔ］程度の非常に強いものである。また、磁気共鳴イメージング装置内部における、画像取得における３次元位置情報を精度よく決定するために、その磁場精度は非常に高精度に管理され、３軸方向に時間的に変動する傾斜磁場を印加している。従って、磁気共鳴イメージング装置のガントリー近傍または内部に持ち込む手術支援ロボットやその他医療器具に、閉ループを形成する導電性材料を用いる際には、変動磁場により発生するローレンツ力や、高精度に管理された磁場に対する影響をなくすことが求められる。
ＵＳ ６２７４９６５Ｂ１
特許文献１には磁気共鳴イメージング装置の近くで使用する振動型駆動装置において、ｈｏｕｓｉｎｇ以外の構成要素について、磁気共鳴イメージング装置の画像アーチファクトに影響を与えない材料で構成すると記載されている。そこで、特許文献１では、振動型駆動装置の構成要素としてチタン、タンタル、アルミニウムを用いる構成例が開示されている。
特許文献１に開示されているように、導電性材料を構造部材として、円環状の振動型駆動装置を製作し、磁気共鳴を利用した画像診断装置のボア近傍または内部に設置した場合に、次の３点が考えられる。
１点目に、導電性材料から成る部材が、円環のような、閉ループを形成する閉ループ部を有する場合、該閉ループを貫く磁束の時間変動に起因し発生する誘導起電力によって、該閉ループ部内を流れる変動電流が、新たな変動磁場を形成する。従って、導電性材料から成る部材の閉ループ部付近では、磁気共鳴イメージング装置の空間座標のエンコードに必要な、高精度に管理された傾斜磁場を乱す可能性がある。
２点目に、マックスウェル−アンペールの法則により、導電性材料から成る部材が、閉ループを形成する閉ループ部を有する場合、該閉ループを貫く全磁束の時間変動に起因して、誘導起電力が発生する。この誘導起電力によって、該閉ループ部内を流れる変動電流に起因した電磁波が発生するため、導電性材料から成る閉ループ部を有する部材は、磁気共鳴イメージング装置及び、その他周辺機器に対するノイズの発生源となり得る。
３点目に、導電性材料から成り、閉ループを形成する閉ループ部を有する部材において、該閉ループを貫く磁束が時間的に変動する際、誘導起電力により、時間的に変動する電流が該閉ループ部内を流れる。従って、導電性の材料から成る閉ループ部には、電流ベクトルをＩ、磁束ベクトルをＢとすると、時間的に変動するローレンツ力Ｆが、ベクトル積Ｉ×Ｂの方向にかかる。このローレンツ力Ｆは、不要な機械振動の原因となる。そのため、導電性材料から成る閉ループ部を有する部材は、振動型駆動装置の性能に影響を与える可能性がある。
以上の点に鑑みて、本発明は、空間の磁場を用いて診断や測定、医療処置を行う場合に、磁場の近傍や内部で用いても、診断や測定、医療処置への影響が低減された振動型駆動装置を提供する。例えば、磁気装置イメージング装置のガントリー近傍または内部に設置しても、磁気共鳴イメージング装置やその他周辺機器にへの影響が低減された、振動型駆動装置を提供する。また、上記振動型駆動装置を有する医療装置、医療システムを提供する。
上記の課題を解決するため、本発明は、解決手段の１つとして、機械エネルギ付与素子と、前記機械エネルギ付与素子が設けられた弾性部材と、前記弾性部材に励起された振動により、前記弾性部材との間に相対的変位が生じる被駆動部材と、を備え、前記弾性部材及び前記被駆動部材のうち少なくとも一つは、導電性材料から成る部分を有し、前記導電材料から成る部分は、有端弧状である振動型駆動装置を提供する。
本発明によれば、空間の磁場を用いて診断や測定、医療処置を行う場合に、磁場の近傍や内部で用いても、診断や測定、医療処置への影響を低減した振動型駆動装置、及び、その振動型駆動装置を用いた医療装置及び医療システムを提供することができる。
振動型駆動装置の概略斜視図である。 立体分解表示された振動型駆動装置の概略斜視図である。 （ａ）振動型駆動装置の概略断面図、（ｂ）Ｂ部拡大図である。 （ａ）弾性部材の概略斜視図、（ｂ）Ｃ部拡大図である。 振動型駆動装置の概略斜視図である。 立体分解表示された振動型駆動装置の概略斜視図である。 （ａ）振動型駆動装置の概略断面図、（ｂ）Ｄ部拡大図である。 振動型駆動装置の概略斜視図である。 立体分解表示された振動型駆動装置の概略斜視図である。 （ａ）振動型駆動装置の概略断面図、（ｂ）Ｅ部拡大図である。 振動型駆動装置の概略斜視図である。 立体分解表示された振動型駆動装置の概略斜視図である。 （ａ）振動型駆動装置の概略断面図、（ｂ）Ｆ部拡大図である。 （ａ）弾性部材、被駆動部材、弾性部のみを表示した概略斜視図、（ｂ）Ｇ部拡大図である。 振動型駆動装置の概略斜視図である。 立体分解表示された振動型駆動装置の概略斜視図である。 （ａ）振動型駆動装置の概略断面図、（ｂ）Ｋ部拡大図である。 （ａ）加圧部材の概略斜視図、（ｂ）乃至（ｆ）加圧部材の概略斜視図である。 オープン磁気共鳴イメージング装置を模式的に示した概略斜視図である。 医療用マニピュレータの概略斜視図である。
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の一様態は、機械エネルギ付与素子と、前記機械エネルギ付与素子が設けられた弾性部材と、前記弾性部材に励起された振動により、前記弾性部材との間に相対的変位が生じる被駆動部材と、を備え、前記弾性部材及び前記被駆動部材のうち少なくとも一つは、導電性材料から成る部分を有し、前記導電材料から成る部分は、有端弧状である振動型駆動装置に関する。
なお、被駆動部材とは、弾性部材の振動により、弾性部材との間に相対変位が生じるものである。なお、弾性部材と被駆動部材の間に相対変位が生じるとは、弾性部材と被駆動部材の両方が移動する場合、弾性部材が固定され被駆動部材が移動する場合、及び被駆動部材が固定され弾性部材が移動する場合を含む。
また、本明細書において、弧状とは、円周の一部を指す。ここでいう円とは、正円だけでなく、楕円や、曲率半径が非連続で変化している円も含む。有端弧状とは、端部を有する弧状を指し、したがって、端部を有さない、円等の閉ループ形状は含まない。
本発明における振動型駆動装置の実施形態の例を実施の形態１乃至５に記載する。各実施の形態では、その構成部材の一つが導電性材料を含む場合に、該部材を、導電材料から形成される閉ループを含まないように構成する、具体的な構成例が記載されている。しかし、本発明はこれに限定されず、各実施の形態で開示されている構成部材の材料や構成を組み合わせることにより、振動型駆動装置を構成してもよい。
また、実施の形態１乃至５に開示されている振動型駆動装置または、実施の形態１乃至５に開示されている構成要素の組み合わせによって構成された振動型駆動装置を用いた医療装置の例を実施の形態６に示す。
（実施の形態１）
図１乃至図４を用いて、本発明の第１の実施形態について説明する。尚、図中に示した座標軸は、共通のものとする。
図１は本発明の第１の実施の形態における振動型駆動装置１の概略斜視図である。図１に示す振動型駆動装置１を立体分解表示した概略斜視図を図２に示す。また、図１の振動型駆動装置１の、ｘ軸正方向から見た中心軸を通るｙ−ｚ断面における概略断面図を図３（ａ）に示す。図３（ａ）において、円で囲ったＢ部の拡大詳細図について、図３（ｂ）に示す。図３では、断面をハッチングにより示している。
まず、振動型駆動装置１の構造及び、動作原理について説明する。２は弾性部材であり、裏面には機械エネルギ付与素子が設けられる。例えば、機械エネルギ付与素子として圧電素子５が、弾性部材２の裏面に固着される。電気基板９によって圧電素子５へ電気信号が伝達されると、圧電素子５は電気的エネルギを機械的エネルギへ変換し、アキシャル方向へ変位を生じる。圧電素子５を複数に分極し、弾性部材２の曲げ振動モードに合致した固有振動を励起させることで、弾性部材２の上端面ではアキシャル方向の変位とそれに直交した駆動方向の変位を得ることができる。また、弾性部材２には図に示すように、複数の溝をラジアル方向に設けることにより、より少ないエネルギで効率的に、より大きな変位を得ることが可能である。被駆動部材３は弾性部３ａをもち、弾性部材２のアキシャル方向の変位に倣うため、弾性部材２の上端における変位から、駆動方向の変位を効率よく取り出せる機構となっている。なお、ここでは、機械エネルギ付与素子として圧電素子を用いる例を示したが、機械エネルギ付与素子は、これに限定されない。例えば、磁歪効果を利用した機械エネルギ発生手段などを用いてもよい。また、機械エネルギ発生手段は、電気エネルギや磁気エネルギを機械エネルギに変換するものに限定されず、流体や熱等のもつエネルギを機械エネルギに変換するものであってもよい。。圧電素子は、電気―機械エネルギ変換素子の一例である。
次に振動型駆動装置１における支持機構について説明する。弾性部材２は第１の支持部材６によって支持されている。第１の支持部材６は、１２０度間隔でラジアル方向に保持機構６ａを備え、図３（ｂ）に示すように、保持機構６ａが弾性部材２の溝に嵌め込まれることで、弾性部材２をラジアル方向に拘束、支持している。電気基板９、圧電素子５及び弾性部材２が一体となったユニットは、支持部材６の上に配置された不織布４の上に保持されている。図中、保持機構６ａは、第１の支持部材６の一部として示してあるが、第１の支持部材６への弾性部材２の組み込み容易性を考慮して、第１の支持部材６と保持機構６ａとを別体として形成するなど、第１の支持部材６を２体以上で形成してもよい。
次に、被駆動部材３の支持方法について説明する。７は、被駆動部材３を支持する第２の支持部材である。第２の支持部材７は、外輪７ａ、内輪７ｂ、複数の玉７ｃで構成されるラジアル玉軸受である。被駆動部材３と第２の支持部材７は、外輪７ａの外径嵌合によって支持されている。内輪７ｂの上端部と、加圧部材８に設けられた弾性部８ａとは接触状態にあり、加圧部材８の外周に設けられた雄ねじ８ｂと第１の支持部材６の内周に設けられた雌ねじ６ｂを締め付けることによって、弾性部８ａを弾性変形させる。加圧部材８は、被駆動部材３と弾性部材２との間に接触圧力を付与する部材であり、加圧部材８の弾性変形を利用することで、アキシャル方向に適切な荷重で加圧可能な構成としている。このように、被駆動部材３を弾性部材２側へ適切な荷重で加圧することで、駆動に適した良好な摩擦特性を得ることができる。
先述のように、振動型駆動装置を磁場の発生している空間内で用いる場合、導電性材料から成る部材が、閉ループ部を有していると、閉ループ部に流れる電流により、診断や測定、医療処置等に影響を与える可能性がある。したがって、本実施の形態では、弾性部材２が導電性材料から成る場合に、弾性部材２が閉ループを有さない構成とする。
本実施の形態において、振動型駆動装置が、磁気共鳴イメージング装置の近傍または内部で用いられる場合を例として説明する。
図４（ａ）に弾性部材２の概略斜視図を示し、矩形で囲んだＣの拡大詳細図を図４（ｂ）に示す。弾性部材２は、第１の弾性要素２ａ及び、第２の弾性要素２ｂの周期的な接合によって、円環状の閉ループを形成している。第１の弾性要素２ａ及び、第２の弾性要素２ｂのｚ軸方向の寸法差によって、弾性部材２は周方向に複数の溝を持つ構造となっている。まず、弾性部材２の材料について説明する。第１の弾性要素２ａは、十分な振動エネルギを被駆動部材３へ伝達するために、密度の比較的大きなベリリウム銅やりん青銅等の、磁化率の低い非磁性金属で形成されている。一方、第２の弾性要素２ｂは、弾性部材２の導電性の閉ループを断つために、非導電性材料で形成されている。第２の弾性要素２ｂについて、本実施の形態では充填剤としてグラスファイバー（ＧＦ）を含むポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の強化プラスチック（ＦＲＰ）の適用を考える。本実施の形態のように、第１の弾性要素２ａに金属などの導電性材料を適用し、第２の弾性要素２ｂに非導電性材料を適用する場合、振動型駆動装置１の良好な制御性を得るために、弾性部材２の駆動周波数に一致する固有振動数に対して、被駆動部材３の駆動周波数に一致する固有振動数を十分高く設計する必要がある。弾性部材２の駆動周波数に合致した固有振動数を調整する具体的手段として、第２の弾性要素２ｂへの充填剤の配合割合を調整したり、周方向の溝深さを調整したりすることが挙げられる。また、第１の弾性要素２ａには、被駆動部材３に対する適切な摩擦特性を得ることや、ベリリウム銅の摩耗粉の発生を抑制するために、予め無電解ニッケルりん（Ｎｉ−Ｐ）めっきなどの表面処理を施すことも有効である。
弾性部材２の製作方法として、第１の弾性要素２ａと第２の弾性要素２ｂを互いに固着したものを圧電素子５に固着させてもよいが、本実施の形態ではインモールド成形技術の適用を考える。第１の弾性要素２ａを円周状に金型内に予め設置し、円周状の隙間に第２の弾性要素２ｂとして強化プラスチック（ＦＲＰ）を成形機によって充填させることで、生産性の向上を図ることができる。
弾性部材２２は、導電性材料から成る部材である、第２の弾性要素２ａを有しているが、第２の弾性要素２ａは、有端弧状である。したがって、弾性部材２２を、導電性材料によって形成される閉ループを有さない構成とすることができる。
次に、被駆動部材３の材料とその製造方法について説明する。被駆動部材は、先に述べたように、図中ｚ軸方向の安定した弾性特性を有することが必要である。また、振動型駆動装置の良好な制御特性を得るために、弾性部材の曲げ振動に追従する振動モードの被駆動部材の固有振動数が、弾性部材の曲げ振動の固有振動数よりも十分高い必要がある。以上の２点に鑑みて、本実施の形態では、被駆動部材３を、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）にグラスファイバー（ＧＦ）などの充填剤を添加した強化プラスチック（ＦＲＰ）を用いて形成する。充填剤として添加されたグラスファイバー（ＧＦ）は、硬質な耐摩耗性材料として作用し、また、安定した摩擦力を確保するのにも寄与する。その他、摺動性の向上のためにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂やポリイミド（ＰＩ）等の耐熱性樹脂を含有してもよい。また、摩擦力向上のために、セラミックスまたは樹脂材料にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）等の非酸化物系セラミックスを含有してもよい。接触部材の表層として、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の非金属材料や、前記シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）等の非酸化物の被膜を形成してもよい。通常市販されている強化プラスチックを使用して被駆動部材を形成する場合、切削加工あるいは射出成形によって製作するのが一般的である。図中に示した円環状の被駆動部材を、前者の切削加工により製作する場合、市販のＦＲＰから成るバー材を用いて加工するのが一般的である。しかし、バー材の多くは押し出し成形によって製作されているため、充填剤の配向が押し出し方向に揃い、剛性の異方性を生じやすい。加えて、ラジアル方向にも充填剤の密度が異なり、設計に対する特性誤差を生じやすい。また、射出成形によって、円環状の被駆動部材を製作する場合は、金型のゲートを起点とした不均一分散が起こりやすく、同様に剛性の異方性を生じやすい。従って本実施の形態では、次の手順に従い被駆動部材を製作する。まず、粒体状の樹脂と充填剤の繊維を予め均一に混合した後、円筒状の金型に入れて加熱しながら圧縮成形を施し、被駆動部材より大きい寸法の円柱（円盤）状のブランク材を成形する。次に、圧縮成形によって製作されたブランク材を旋盤加工などの機械加工によって所定の寸法に仕上げる。このような手順に従うと、強化プラスチック内の充填剤を均一に分散させることができ、弾性部３ａの弾性特性を精度よく設計することが可能である。設計例として、被駆動部材として従来から用いられているＡ５０５６などのアルミ系金属を用いた場合と同等の弾性機能を、弾性部３ａに付与する場合を考える。グラスファイバーを３０［％］添加したポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）は、アルミニウム系金属Ａ５０５６の約１４［％］のヤング率を持つ。被駆動部材の材料として、このグラスファイバーが添加されたＰＥＥＫを用いる場合、弾性部３ａのｚ軸方向の厚さ寸法を駆動周波数に応じて適切に設計することで、Ａ５０５６と同等の弾性特性を得ることができる。。このように、充填剤を均一に分散させることにより弾性特性の精度を向上させる効果が期待できる。また、充填剤の添加により、クリープ時間を拡大させる効果が期待できる。本実施の形態では、粒体状の樹脂と充填剤を予め混合した後に圧縮成形したものをブランク材として利用する製作例について説明した。しかし、このような方法が適用困難な場合でも、次のような方法で、充填剤が添加された強化プラスチック（ＦＲＰ）の異方性を簡易的に改善させることが可能である。つまり、市販のバー材や管材、その他の資材をブランク成形用の金型に入れ、加熱しながらゆっくり圧縮成形を施すことで、揃っていた充填剤の配向を分散させる効果が期待できる。
次に、加圧部材８の材料について説明する。本実施の形態における加圧部材８は弾性部８ａを備えており、その弾性特性を第２の支持部材７の予圧と、弾性部材２−被駆動部材３間の接触圧力の管理に利用していることから、弾性部８ａは高精度な弾性特性を持つことが要求される。エンジニアリングプラスチックを用いて加圧部材８を形成すれば、異方性の少ない弾性特性が得られる。更に、被駆動部材３と同様に、充填剤を添加した強化プラスチック（ＦＲＰ）を用いると、良好なクリープ特性を得ることができる。
次に、圧電素子５、第１の支持部材６、第２の支持部材７の材料について説明する。圧電素子５は、例えば、セラミックスを用いて形成することができ、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）を主成分とする圧電素子を用いることができる。また、第１の支持部材６は高精度な弾性特性や、高い耐熱性が要求されないため、エンジニアリングプラスチックや、マシナブルセラミックス、ファインセラミックスなどの非導電性材料を用いて形成できる。第２の支持部材７については、外輪７ａ及び、内輪７ｂはエンジニアリングプラスチックや、マシナブルセラミックス、ファインセラミックスなどの非導電性材料を用いて形成できる。玉７ｃは、セラミックスを用いて形成でき、例えば高靱性の部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ：Ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ）を用いて形成るすと、靱性、耐熱性、耐摩耗性に優れた玉７ｃを形成することができる。
最後に、不織布４及び、電気基板９の材料や構成について説明する。不織布４は、例えば、ポリエステルやポリウレタン（ＰＵＲ）等を原材料としたフェルトで形成できる。また、羊毛等から形成されたフェルトで形成できる。電気基板９としては、例えば、樹脂から成るベースフィルム上に接着層を形成し、接着層を介して銅箔等の導電膜を形成し、端子部分以外を樹脂等の絶縁膜で保護したフレキシブル基板を用いることができる。ベースフィルムや絶縁膜を形成する樹脂としては、例えは、ポリイミド（ＰＩ）を用いることができる。
本実施の形態によれば、電気基板及び、圧電素子に設けられた電極以外の部材において、導電性から形成される閉ループを含まない振動型駆動装置を提供することができる。従って、本実施の形態の振動型駆動装置を用いることで、磁気共鳴イメージング装置の近傍または内部で用いても、磁気共鳴イメージング装置に対するノイズが低減される効果が期待できる。また、不要な機械振動の発生を抑制することができる。
本発明における振動型駆動装置１の部材は、上記材料に限定されるものではなく、導電性材料から成る閉ループを含まないような、材料、または設計が、各部材に適用されていればよい。本実施の形態では、第１の弾性要素２ａとして、ベリリウム銅やりん青銅などの磁化率の低い非磁性金属材料を用いる例を示したが、他の金属材料を用いてもよく、非金属の導電性材料を用いてもよい。例えば、第１の弾性要素２ａとして、適切な剛性と被駆動部材３に対する摺動性を向上させるために、導電性のカーボンファイバー（ＣＦ）を充填剤として含む強化プラスチック（ＦＲＰ）を適用することも考えられる。また、上記とは逆に、第１の弾性要素２ａに非導電性材料を、第２の弾性要素２ｂに導電性材料を適用してもよい。また、第２の弾性要素２ｂを設けず、複数の第１の弾性要素２ａを、１つの第１の弾性要素２ａと隣接する第１の弾性要素２ａとの間に、空間を設けて周方向に配置し、圧電素子５に直接固着させた場合も本発明の範疇に含まれる。更に、弾性要素２ａ、２ｂは、必ずしも同一形状のものが円周上に等間隔に配置されている必要はなく、周方向位置によって弾性要素の寸法や、溝の深さが各々異なっていてもよい。
本実施の形態では、円環状の回転駆動型の振動型駆動装置に関する実施の形態について記載したが、本発明の振動型駆動装置は、これに限定されない。特開２００４−３０４８８７号公報に示されているような、直動駆動型の振動型駆動装置においても、適用可能である。また、中実状の回転型駆動装置や、面内駆動型、球状駆動型の振動型駆動装置にも、適用可能である。
（実施の形態２）
図５乃至図７を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。尚、図中に示した座標軸は、共通のものとする。また、実施の形態１と共通する箇所は説明を省略し、共通する部品は同一の符号を用いて説明する。
図５は本発明の第２の実施形態における、振動型駆動装置２１の概略斜視図である。図５に示す振動型駆動装置２１を立体分解表示した概略斜視図を図６に示す。また、図５の振動型駆動装置２１の、ｘ軸正方向から見た中心軸を通るｙ−ｚ断面における概略断面図を図７（ａ）に示す。図７（ａ）において、円で囲ったＤ部の拡大詳細図について、図７（ｂ）に示す。図７では、断面をハッチングにより示している。
まず、振動型駆動装置２１の構造及び、動作原理について説明する。２２は弾性部材であり、裏面には機械エネルギ付与素子が設けられる。例えば、圧電素子５が弾性部材２２の裏面に固着される。実施の形態１と同様に、弾性部材２２のラジアル方向の曲げ方向の振動モードに合致した固有振動を励起させることで、弾性部材２２の上端面ではアキシャル方向の変位と、それに直交した周方向の変位を得ることができる。
本実施形態において、被駆動部材は、被駆動部材本体２３及び接触弾性部材２４ａ〜２４ｄを含む。被駆動部材本体２３及び接触弾性部材２４ａ〜２４ｄは、接触部材２５を介して、弾性部材２２によって駆動される。図６、図７（ｂ）に示すように、４つの接触弾性部材２４ａ〜２４ｄは、互いに接触せず、また、それぞれの上端は被駆動部材本体２３に接着されている。したがって、接触弾性部材２４ａ〜２４ｄは、１つの接触弾性部材と隣接する接触弾性部材との間には、空間が設けられている。空間が設けられる代わりに、非導電性の樹脂材料等で隙間が充填されていてもよい。接触弾性部材２４ａ〜２４ｄの下端には、円環状の接触部材２５が固着されている。接触弾性部材２４ａ〜２４ｄは、実施の形態１における弾性部３ａと同様、アキシャル方向の弾性要素として作用し、弾性部材２２のアキシャル方向の変位に倣うことで、弾性部材２２の上端における変位から、駆動方向（ここでは周方向）の変位を効率よく取り出せる機構としている。
次に振動型駆動装置２１における支持機構について説明する。弾性部材２２は第１の支持部材６によって支持され、被駆動部材本体２３は第２の支持部材７によって支持され、支持方法は実施の形態１と同様である。
本実施の形態における振動型駆動装置２１も、実施の形態１と同様に、導電性材料が閉ループを形成しないように、部材の材料選定や設計を行う。
まず、被駆動部材本体２３、接触弾性部材２４ａ〜２４ｄ、接触部材２５の材料について説明する。本実施の形態では、被駆動部材本体２３としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の適用を検討する。次に接触弾性部材２４ａ〜２４ｄとしては、例えば、振動の減衰が少ない金属を用いることができる。これにより、振動型駆動装置の駆動周波数に依存せず、アキシャル方向において、高精度な弾性特性を実現することができる。また、磁場への影響の観点から、金属の中でも、ベリリウム銅やりん青銅などの磁化率の比較的低い非磁性金属材料を適用することができる。ここで、接触弾性部材２４ａ〜２４ｄは、それぞれ、導電性材料から形成されているが、その形状は、有端弧状である。したがって、接触弾性部材２４ａ〜２４ｄは、導電性材料により形成された閉ループを有さない構成である。
接触部材２５は、摺動性の向上のために、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂や、ポリイミド（ＰＩ）等の耐熱性樹脂を用いて形成することができる。安定した摩擦力を確保するために、硬質な耐摩耗性材料としてグラスファイバー（ＧＦ）等を含有していてもよい。また、摩擦力向上のために、セラミックスまたは樹脂材料にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）等の非酸化物系セラミックスを含有してもよい。接触部材の表層として、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の非金属材料や、前記シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）等の非酸化物の被膜を形成してもよい。
次に、弾性部材２２の材料について述べる。本実施の形態では、弾性部材として、立方晶中に一部正方晶を分散・析出させ、熱間静水圧加圧焼結法（ＨＩＰ）によって焼結させた部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ：Ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ）を用いた。安定化ジルコニア（ＳＺ：Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ）は、耐熱材料として用いられている。安定化ジルコニアでは、ジルコニア（ＺｒＯ２）に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）や、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）等が固溶することで、低温状態でも立方晶を維持している。一方、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）では、正方晶を準安定相として含有させる。このため、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及びイットリア（Ｙ２Ｏ３）の少なくとも一方を、ジルコニア（ＺｒＯ２）を安定化ジルコニア（ＳＺ）として安定化させるのに必要な量より少ない量添加し、適切な熱処理を行う。これにより、ジルコニアを部分的に安定させることが可能である。強度を増すために、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を固溶していてもよい。部分安定化ジルコニアを採用することで、応力場における亀裂先端の破壊エネルギが、正方晶から単斜晶へのマルテンサイト変態により吸収されるため、ファインセラミックスでも高い靱性を得られる利点がある。部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）は、比重がマルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４２０Ｊ２の約７９［％］程度と、樹脂やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミックス材料と比べて、高比重である。よって、弾性部材２２を部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）を用いて形成することで、ファインセラミックスの中でも、より大きな振動エネルギを得ることができ、また、樹脂と比較して粘性損失が少ないため、非導電性材料の中でも良好な振動特性を得ることができる。
本実施の形態における、不織布４、圧電素子５、第１の支持部材６、第２の支持部材７、加圧部材８、電気基板９は、例えば、実施の形態１と同様の材料、構造で形成することができ、詳細説明を割愛する。
本実施の形態によれば、電気基板及び、圧電素子に設けられた電極以外の部材において、導電性材料によって形成された閉ループを含まない振動型駆動装置を提供することができる。従って、振動型駆動装置を、例えば磁気共鳴イメージング装置の近傍または内部で用いても、磁気共鳴イメージング装置に対するノイズを低減させる効果が期待できる。また、不要な機械振動の発生を抑制することができる。更に、本実施の形態では、弾性部材２２を、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、被駆動部材本体２３をアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いて形成する例を示している。一般に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）は、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）に比べると、比重が小さくヤング率が高いため、被駆動部材本体における駆動周波数に合致した固有振動数を十分高く設定することができる。よって、被駆動部材の良好な制御性を確保することができる。
本発明における振動型駆動装置２１は、上記材料に限定されるものではなく、導電性材料により形成された閉ループを含まないような、材料、または設計が、各部材に適用されていればよい。本実施の形態では、接触弾性部材２４ａ〜２４ｄとして、金属材料を用いる例を示したが、他の金属材料を用いてもよく、非金属の導電性材料を用いてもよい。さらに、接触部材２５を設けずに次のように設計してもよい。例えば、接触弾性部材２４ａ〜２４ｄとして、適切な剛性を備え、また、弾性部材２２に対する摺動性を向上させるために、導電性のカーボンファイバー（ＣＦ）を充填剤として含む強化プラスチック（ＦＲＰ）を適用することも考えられる。この場合、充填剤として添加されたグラスファイバー（ＧＦ）やカーボンファイバー（ＣＦ）は、硬質な耐摩耗性材料として作用し、また、安定した摩擦力を確保するのにも寄与する。その他、摺動性の向上のためにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂やポリイミド（ＰＩ）等の耐熱性樹脂を含有してもよい。また、摩擦力向上のために、セラミックスまたは樹脂材料にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）等の非酸化物系セラミックスを含有してもよい。接触部材の表層として、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の非金属材料や、前記シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）等の非酸化物の被膜を形成してもよい。また、接触弾性部材２４ａ〜２４ｄは、円周上に等間隔に配置された４つの部材から構成されている必要はなく、導電性の閉ループを形成しなければ、例えば、Ｃ型形状に一体で形成されていてもよい。同様の表面処理を弾性部材２２の表層に行ってもよい。
本実施の形態では、円環状の回転駆動型の振動型駆動装置に関する実施の形態について記載したが、本発明の振動型駆動装置は、これに限定されない。中実状の回転型駆動装置や、直動駆動型、面内駆動型、球状駆動型の振動型駆動装置にも、適用可能である。
（実施の形態３）
図８乃至図１０を用いて、本発明の第３の実施形態について説明する。尚、図中に示した座標軸は、共通のものとする。また、実施の形態１乃至２と共通する箇所は説明を省略し、共通する部品は同一の符号を用いて説明する。
図８は本発明の第３の実施形態における振動型駆動装置３１の概略斜視図である。図８に示す振動型駆動装置３１を立体分解表示した概略斜視図を図９に示す。また、図８の振動型駆動装置３１の、ｘ軸正方向から見た中心軸を通るｙ−ｚ断面における概略断面図を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）において、円で囲ったＥ部の拡大詳細図について、図１０（ｂ）に示す。図１０では、断面をハッチングにより示している。
まず、振動型駆動装置３１の構造及び、動作原理について説明する。２２は、実施の形態２と同様に、弾性部材であり、裏面には圧電素子５が固着されている。実施の形態１と同様に、弾性部材２２の曲げ方向の振動モードに合致した固有振動数を励起させることで、弾性部材２２の上端面ではアキシャル方向の変位とそれに直交した駆動方向（例えば周方向）の変位を得ることができる。
一方、被駆動部材３３は、図１０（ｂ）に示すように、弾性部３３ａを備えた部材で、ｙ−ｚ面内において、一方の端部と他方の端部の間に間隙を有するＣ型形状で形成されている。弾性部３３ａは実施の形態１における弾性部３ａと同様に、アキシャル方向の弾性要素として作用し、弾性部材２２のアキシャル方向の変位に倣うことで、弾性部材２２の上端における変位から、駆動方向の変位を効率よく取り出せる機構としている。
次に振動型駆動装置３１における支持機構について説明する。弾性部材２２は第１の支持部材６によって支持され、被駆動部材３３は第２の支持部材７によって支持され、支持方法は実施の形態１と同様である。
本実施の形態における振動型駆動装置３１は、実施の形態１と同様に、導電性材料が閉ループを形成しないように、部材の材料選定や設計を行う。本実施の形態における、不織布４、圧電素子５、第１の支持部材６、第２の支持部材７、加圧部材８、及び電気基板９は、例えば、実施の形態１と同様の材料、及び構成で形成することができる。また、弾性部材２２は、実施の形態２と同様の材料及び構成で形成することができる。被駆動部材３３は、弾性部３３ａのアキシャル方向の高精度な弾性特性を実現させるために、ベリリウム銅やりん青銅などの磁化率の比較的低い非磁性金属材料を適用する。ここで、被駆動部材３３は、導電性材料から形成されているが、有端弧状であるＣ型形状を有している。したがって、被駆動部材３３を、導電性材料による閉ループを有さない構成とすることができる。
本実施の形態によれば、電気基板や圧電素子の電極以外の部材において、導電性材料により形成された閉ループを含まない振動型駆動装置を提供することができる。従って、例えば、磁気共鳴イメージング装置の近傍または内部で用いても、磁気共鳴イメージング装置に対するノイズを低減させる効果が期待できる。また、不要な機械振動の発生を抑制することができる。
本実施の形態において、各部材は、実施の形態２と同様の材料を用いて形成されているが、本発明における振動型駆動装置３１は、上記材料に限定されない。振動型駆動装置３１の部材には、導電性材料により形成された閉ループを含まないような、材料、または設計が、各部材に適用されていればよい。本実施の形態では、被駆動部材３３として、ベリリウム銅やりん青銅などの非磁性金属材料を用いる例を示したが、他の金属材料を用いてもよく、非金属の導電性材料を用いてもよい。さらに、実施の形態２と同様に、良好な摩擦特性を得るために、弾性部材２２と被駆動部材３３との間に接触部材２５と同等のものを設けてもよい。また、接触部材２５を設ける代わりに、次のように設計してもよい。例えば、被駆動部材３３として、適切な剛性を得るために、、グラスファイバー（ＧＦ）や、カーボンファイバー（ＣＦ）を充填剤として含む強化プラスチック（ＦＲＰ）を適用することも考えられる。充填剤として添加されたグラスファイバー（ＧＦ）やカーボンファイバー（ＣＦ）は、硬質な耐摩耗性材料として作用し、また、安定した摩擦力を確保するのにも寄与する。その他、摺動性の向上のために、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂や、ポリイミド（ＰＩ）等の耐熱性樹脂を含有してもよい。また、摩擦力向上のために、セラミックスまたは樹脂材料にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）等の非酸化物系セラミックスを含有してもよい。接触部材の表層として、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の非金属材料や、前記シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）等の非酸化物の被膜を形成してもよい。同様の表面処理を弾性部材２２の表層に行ってもよい。
本実施の形態では、円環状の回転駆動型の振動型駆動装置に関する実施の形態について記載したが、本発明の振動型駆動装置は、これに限定されない。中実状の回転型駆動装置や、直動駆動型、面内駆動型、球状駆動型の振動型駆動装置にも、適用可能である。
（実施の形態４）
図１１乃至図１４を用いて、本発明の第４の実施形態について説明する。尚、図中に示した座標軸は、共通のものとする。また、実施の形態１乃至３と共通する箇所は説明を省略し、共通する部品は同一の符号を用いて説明する。
図１１は本発明の第４の実施形態における振動型駆動装置４１の概略斜視図である。図１１に示す振動型駆動装置４１を立体分解表示した概略斜視図を図１２に示す。また、図１１の振動型駆動装置４１の、ｘ軸正方向から見た中心軸を通るｙ−ｚ断面における概略断面図を図１３（ａ）に示す。図１３（ａ）において、円で囲ったＦ部の拡大詳細図について、図１３（ｂ）に示す。図１３では、断面をハッチングにより示している。
まず、振動型駆動装置４１の構造及び、動作原理について説明する。４２は弾性部材であり、裏面には機械エネルギ付与素子の一例である圧電素子５が固着され、図に示すようにラジアル方向に対して傾斜した溝が周方向に設けてある。実施の形態１と同様に、弾性部材４２の曲げ方向の振動モードに合致した固有振動を励起させることで、弾性部材４２の上端面ではアキシャル方向の変位とそれに直交した駆動方向（例えば周方向）の変位を得ることができる。
本実施の形態において、被駆動部材は、被駆動部材本体４３と、被駆動部材本体４３と弾性部材４２の間に設けられた、複数の接触弾性部材４４とを含む。被駆動部材本体４３は、図に示すように円環状の部材で、下端に複数の接触弾性部材４４が円周方向に固着されている。複数の接触弾性部材４４は、１つの接触弾性部材と、隣接する接触弾性部材４４の間に空間を設けて配置される構成となっている。空間が設けられる代わりに、非導電性の樹脂材料等で隙間が充填されていてもよい。接触弾性部材４４は実施の形態１における弾性部３ａと同様、アキシャル方向の弾性要素として作用し、弾性部材４２のアキシャル方向の変位に倣うことで、弾性部材４２の上端における変位から、駆動方向の変位を効率よく取り出せる機構としている。
本実施の形態では、弾性部材４２と、円周状に配列された接触弾性部材４４との接触部分において、弾性部材４２と、円周状に配列された複数の接触弾性部材４４との双方が、凹凸を含む形状である。凹凸を含む形状同士の接触であっても良好な接触状態を得るための、弾性部材４２の溝と、複数の接触弾性部材４４の形状及び配置の関係について図１４を用いて説明する。図１４（ａ）は、振動型駆動装置４１において、弾性部材４２、被駆動部材本体４３、接触弾性部材４４のみを表示した、被駆動部材本体４３の中心軸を通りｙ−ｚ面に平行な平面によって切断したときの、概略斜視図である。また、図１４（ａ）の矩形で囲んだＧの拡大詳細図を図１４（ｂ）に示す。弾性部材４２には、溝が直線状に設けられ、その方向を図１４（ｂ）中に一点鎖線Ｊ−１、Ｊ−２、Ｊ−３として示している。一方、被駆動部材本体４３に固着された接触弾性部材４４と隣り合う接触弾性部材４４との中心線を一点鎖線Ｈ−１、Ｈ−２、Ｈ−３として示している。図１４（ｂ）では、一点鎖線Ｊ−１、Ｊ−２、Ｊ−３、Ｈ−１、Ｈ−２、Ｈ−３は全て、ｘ−ｙ平面に平行な同一平面上にあるものとする。本実施の形態では、弾性部材４２の溝の設けてある方向Ｊ−１、Ｊ−２、Ｊ−３と、接触弾性部材４４同士の間に設けられた間隙の方向Ｈ−１、Ｈ−２、Ｈ−３が、概ね直交するように構成されている。接触弾性部材４４は、被駆動部材本体４３に接着することで形成可能である。また、実施の形態１と同様に、予め金型内に接触弾性部材４４を設置し、その上に被駆動部材本体４３を射出成形によって形成するインモールドインジェクションによって製作することで生産性の向上を図ることが可能である。
次に振動型駆動装置４１における支持機構について説明する。弾性部材４２は第１の支持部材４６によって支持される。第１の支持部材４６は、１２０度間隔でラジアル方向に保持機構４６ａを備え、図１３（ｂ）に示すように、保持機構４６ａが弾性部材４２の溝に嵌め込まれることで、弾性部材４２をラジアル方向に拘束、支持している。電気基板９、圧電素子５及び弾性部材４２が一体となったユニットは、支持部材４６の上に配置された不織布４の上に保持されている。一方、被駆動部材本体４３は第２の支持部材７によって支持され、支持方法は実施の形態１と同様とする。図中、保持機構４６ａは、第１の支持部材４６の一部として示してあるが、第１の支持部材４６への弾性部材４２の組み込み容易性を考慮して、第１の支持部材４６と保持機構４６ａとを別体として形成するなど、第１の支持部材４６を２体以上で形成してもよい。
本実施の形態における振動型駆動装置４１においても、実施の形態１乃至３と同様に、導電性材料が閉ループを形成しないように、部材の材料選定及び設計を行う。
本実施の形態における、不織布４、圧電素子５、第１の支持部材４６、第２の支持部材７、加圧部材８、及び電気基板９については、それぞれ、実施の形態１の不織布４、圧電素子５、第１の支持部材６、第２の支持部材７、加圧部材８、及び電気基板９と同様の材料を用いて形成することができ、詳細説明を割愛する。また、弾性部材４２は、実施の形態２の弾性部材２２と同様の材料、及び構成を用いて形成することができ、詳細説明を割愛する。
被駆動部材本体４３は、グラスファイバー（ＧＦ）等の充填剤を添加した強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成し、接触弾性部材４４はアキシャル方向の高精度な弾性特性を得るために、ベリリウム銅やりん青銅などの磁化率の比較的低い非磁性金属材料を適用する。被駆動部材本体の駆動周波数に合致した固有振動数をさらに高めるために、被駆動部材本体４３をアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等によって形成するのも効果的である。ここで、接触弾性部材４４は、導電性材料から形成されているが、有端弧状である。したがって、接触弾性部材４４を、導電性材料による閉ループを有さない構成とすることができる。
本実施の形態によれば、電気基板や圧電素子の電極以外の部材が、導電性材料から形成される閉ループを含まない振動型駆動装置を提供することができる。従って、例えば、磁気共鳴イメージング装置の近傍または内部で用いても、磁気共鳴イメージング装置に対するノイズを低減させる効果が期待できる。また、不要な機械振動の発生を抑制することができる。
更に、図１４に示したように弾性部材４２の溝の方向と、接触弾性部材４４同士の間に設けられる間隙の方向を、概ね直交させることで、凹凸形状をもつ弾性部材４２と接触弾性部材４４との安定した摺動性を確保することができる。また、本実施の形態では、接触弾性部材４４を金属で構成しているが、接触弾性部材４４と、それに隣接する接触弾性部材４４との間には、空隙が設けられた構成となっている。したがって、本実施の形態の接触弾性部材は、２つの金属から成る接触弾性部材の間に空隙を設けない構造を有する接触弾性部材よりも、部材内部の金属の総和量が少ない。よって、振動型駆動装置内部における金属の総和量を低減させることが可能であるため、この点からも、例えば、磁気共鳴イメージング装置の画像形成に対する影響を軽減させる効果がある。
本発明における振動型駆動装置４１は、上記材料に限定されるものではなく、導電性材料により形成された閉ループを含まないような、材料、または設計が、各部材に適用されていればよい。本実施の形態では、接触弾性部材４４として、金属材料を用いる例を示したが、他の金属材料を用いてもよく、非金属の導電性材料を用いてもよい。さらに、実施の形態２と同様に、良好な摩擦特性を得るために、弾性部材４２と接触弾性部材４４との間に接触部材２５と同等のものを設けてもよい。また、接触部材２５を設ける代わりに、次のように設計してもよい。例えば、接触弾性部材４４として、適切な剛性を得るために、グラスファイバー（ＧＦ）やカーボンファイバー（ＣＦ）を充填剤として含む強化プラスチック（ＦＲＰ）を適用することも考えられる。この場合、充填剤として添加されたグラスファイバー（ＧＦ）やカーボンファイバー（ＣＦ）は、硬質な耐摩耗性材料として作用し、また、安定した摩擦力を確保するのにも寄与する。その他、摺動性の向上のためにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂やポリイミド（ＰＩ）等の耐熱性樹脂を含有してもよい。また、摩擦力向上のために、セラミックスまたは樹脂材料にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）等の非酸化物系セラミックスを含有してもよい。接触部材の表層として、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の非金属材料や、前記シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）等の非酸化物の被膜を形成してもよい。同様の表面処理を弾性部材４２の表層に行ってもよい。
本実施の形態では、円環状の回転駆動型の振動型駆動装置に関する実施の形態について記載したが、本発明の振動型駆動装置は、これに限定されない。中実状の回転型駆動装置や、直動駆動型、面内駆動型、球状駆動型の振動型駆動装置にも、適用可能である。
（実施の形態５）
図１５乃至図１８を用いて、本発明の第５の実施形態について説明する。尚、図中に示した座標軸は、共通のものとする。また、実施の形態１乃至４と共通する箇所は説明を省略し、共通する部品は同一の符号を用いて説明する。
図１５は本発明の第５の実施形態における振動型駆動装置５１の概略斜視図である。図１５に示す振動型駆動装置５１を、立体分解表示した概略斜視図を図１６に示す。また、図１５の振動型駆動装置５１の、ｘ軸正方向から見た中心軸を通るｙ−ｚ断面における概略断面図を図１７（ａ）に示す。図１７（ａ）において、円で囲ったＫ部の拡大詳細図について、図１７（ｂ）に示す。図１７では、断面をハッチングにより示している。
まず、振動型駆動装置５１の構造及び、動作原理について説明する。２２は弾性部材であり、機械エネルギ付与素子が設けられる。例えば、弾性部材２２の裏面に、圧電素子５が固着される。弾性部材２２には、図に示すように周方向に溝が設けてある。実施の形態１と同様に、弾性部材２２の曲げ方向の振動モードに合致した固有振動を励起させることで、弾性部材２２の上端面ではアキシャル周方向の変位と、それに直交した駆動方向（例えば周方向）の変位を得ることができる。
一方、被駆動部材５３は、図に示すように円環状の部材で、下端に弾性部５３ａが円周方向に設けてある。弾性部５３ａは実施の形態１における弾性部３ａと同様に、アキシャル方向の弾性要素として作用し、弾性部材２２のアキシャル方向の変位に倣うことで、弾性部材２２の上端における変位から、駆動方向の変位を効率よく取り出せる機構としている。
次に振動型駆動装置５１における支持機構について説明する。弾性部材２２は第１の支持部材５６によって支持されている。第１の支持部材５６は、１２０度間隔でラジアル方向に保持機構５６ａを備え、図１７（ｂ）に示すように、保持機構５６ａが弾性部材２２の溝に嵌め込まれることで、弾性部材２２をラジアル方向に拘束、支持している。電気基板９、圧電素子５及び弾性部材２２が一体となったユニットは、不織布４及び、加圧部材５８を介して、第１の支持部材５６の上に保持されている。図中、保持機構５６ａは、第１の支持部材５６の一部として示してあるが、第１の支持部材５６への弾性部材２２の組み込み容易性を考慮して、第１の支持部材５６と保持機構５６ａとを別体として形成するなど、第１の支持部材５６を２体以上で形成してもよい。
加圧部材５８は、導電材料から形成される閉ループを有さない構成とする。例えば、加圧部材５８が導電材料から成る有端弧状の部分を有し、該有端弧状の部分が、加圧部材の加圧方向において、有端弧状の他の部分と重なる部分を有さない構成とする。これは、加圧部材５８に対し、加圧方向（ｚ軸方向）の力が加わり、加圧部材５８がｚ軸方向に変形した場合に、加圧部材の一部が他の部分と接し、導電材料から成る閉ループが形成されるのを防ぐためである。
加圧部材５８は、例えば、ｚ軸方向に圧縮ばねとして作用するために、図１８（ａ）に示すようなＣ型形状の波座金構造を有している。また、加圧部材５８はｚ軸方向に加圧した際に、ｘ−ｙ面内の変形を抑止するために、第１の支持部材５６には、加圧部材５８と接触する部分にガイド５６ｃ、５６ｄが設けられており、加圧部材５８がガイド５６ｃ、５６ｄに沿ってｚ軸方向に伸縮可能な構成としている。
加圧部材の構成は図１８（ａ）に示すような構成に限定されるものではない。他の構成例として、図１８（ｂ）に示すような２体のＣ型形状の波座金構造を有する加圧部材６１で形成してもよいし、図１８（ｃ）に示すような３体のＣ型形状の波座金構造を有する加圧部材６２で形成してもよい。その数に制限はなく、加圧部材が導電性の閉ループを形成していなければよい。また、加圧部材は波座金構造に限定されるものではなく、図１８（ｄ）に示すようなＣ型形状の皿ばね構造を有する加圧部材６３で形成してもよい。他の皿ばね構造を有する構成例として、図１８（ｅ）に示すような２体のＣ型形状の皿ばね構造を有する加圧部材６４で形成してもよいし、図１８（ｆ）に示すような３体のＣ型形状の皿ばね構造を有する加圧部材６５で形成してもよい。その数に制限はなく、加圧部材が、導電性の閉ループを形成しなければよい。加圧部材の構成は、波座金や皿ばねの構造を有するものに限定されるものではない。
次に、被駆動部材５３の支持方法について説明する。７は、被駆動部材５３を支持する第２の支持部材である。第２の支持部材７は、ラジアル玉軸受であり実施の形態１と同様である。被駆動部材５３と第２の支持部材７は、外輪７ａの外径嵌合によって支持されている。内輪７ｂの上端部と、締結部材６０に設けられた鍔６０ａとは接触状態にあり、締結部材６０の外周に設けられた雄ねじ６０ｂと第１の支持部材５６の内周に設けられた雌ねじ５６ｂを締め付ける。これによって、弾性部材２２と被駆動部材５３に、アキシャル方向に適切な荷重で加圧できる構成としている。このように、被駆動部材５３を弾性部材２２側へ適切な荷重で加圧することで、ラジアル玉軸受の隙間をなくし支持剛性を高めることが出来るだけでなく、駆動に適した良好な摩擦特性を得ることができる。
本実施の形態における、振動型駆動装置５１の各構成部材の材料について説明する。
本実施の形態における、不織布４、圧電素子５、第１の支持部材５６、第２の支持部材７、及び電気基板９については、実施の形態１と同様の材料から形成することができ、詳細説明を割愛する。また、弾性部材２２は、実施の形態２の弾性部材２２と同様の材料、構成で形成でき、詳細説明を割愛する。締結部材６０は、実施の形態２における加圧部材８と同様の材料で形成してもよい。鍔６０ａに高精度な弾性特性が要求されない場合は、鍔６０ａを、エンジニアリングプラスチック、マシナブルセラミックス、ファインセラミックス等の非導電性材料で形成してもよい。
被駆動部材５３は、弾性部５３ａに高精度な弾性特性を持たせるため、実施の形態１の被駆動部材３と同様、グラスファイバー（ＧＦ）等の充填剤を添加した非導電性の強化プラスチックを用いて、圧縮成形によって形成することができる。充填剤として添加されたグラスファイバー（ＧＦ）は、硬質な耐摩耗性材料として作用し、また、安定した摩擦力を確保するのにも寄与する。その他、摺動性の向上のためにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂や、ポリイミド（ＰＩ）等の耐熱性樹脂を含有してもよい。また、摩擦力向上のために、セラミックスまたは樹脂材料にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）等の非酸化物系セラミックスを含有してもよい。接触部材の表層として、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の非金属材料や、前記シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）等の非酸化物の被膜を形成してもよい。同様の表面処理を弾性部材２２の表層に行ってもよい。
加圧部材５８は、波座金（ウェーブワッシャ）や皿ばねに用いられることの多い、非磁性金属であるりん青銅やベリリウム銅によって形成する。また、その他の非磁性金属で形成してもよい。
本実施の形態によれば、電気基板や圧電素子の電極以外の部材が、導電性の閉ループを含まない振動型駆動装置を提供することができる。従って、例えば、磁気共鳴イメージング装置の近傍または内部で用いても、磁気共鳴イメージング装置に対するノイズを低減させる効果が期待できる。また、不要な機械振動の発生を抑制することができる。
本実施の形態のように、波座金形状を有した加圧部材５８を用いることで、ｚ軸方向の加圧力を得るための加圧部材をコンパクトに設計できる利点がある。
本発明における振動型駆動装置５１は、上記材料に限定されるものではなく、導電性材料により形成される閉ループを構成しないような、材料、または設計が、各部材に適用されていればよい。本実施の形態では、加圧部材５８として、金属材料を用いる例を示したが、他の金属材料を用いてもよく、非金属の導電性材料を用いてもよい。さらに、実施の形態２と同様に、良好な摩擦特性を得るために、弾性部材２２と被駆動部材５３との間に、実施の形態２で説明した接触部材２５と同等のものを設けてもよい。また、本実施の形態では、弾性部材２２を部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）で形成する例を示したが、その他のエンジニアリングプラスチックスやファインセラミックス、マシナブルセラミックスによって形成してもよい。
本実施の形態では、円環状の回転駆動型の振動型駆動装置に関する実施の形態について記載したが、本発明の振動型駆動装置は、これに限定されない。中実状の回転型駆動装置や、直動駆動型、面内駆動型、球状駆動型の振動型駆動装置にも、適用可能である。
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の振動型駆動装置の応用例を示す。本発明の振動型駆動装置は、空間の磁場を用いて診断や測定、医療処置を行う場合に、用いることができる。例えば、本発明の振動型駆動装置は、磁気共鳴イメージング装置の近傍または、内部で用いられる医療装置に用いることができる。また、磁気共鳴イメージング装置近傍または内部に、本発明の振動型駆動装置を用いた医療装置を有する、医療システムを提供することができる。
本実施の形態において、医療装置は、医療器具と、医療器具を保持し、移動可能に構成された保持部と、保持部に取り付けられ、保持部を移動する振動型駆動装置とを備える。このような構成とすることで、磁気共鳴イメージング装置によって、患者の画像取得情報を取得しながら、医療装置により医療処置を行うことができる。
医療装置について、医療装置として医療用マニピュレータ、保持部としてアーム、医療器具としてエンドエフェクタを用いる例を、図１９及び図２０を用いて説明する。なお、医療器具はこれに限定されず、例えば、メス、鉗子、ニードル、プローブ、及び診断用の器具などが含まれる。また、医療処置としては、手術等の治療だけでなく、診断等も含まれる。
図１９は、本発明の医療用マニピュレータ８０を設置した、磁気共鳴イメージング装置７０を模式的に示した概略斜視図である。ここでは、磁気共鳴イメージング装置として、ダブルドーナツ型のオープン磁気共鳴イメージング装置を用いた例を示す。図１９において、７２は患者を寝かせるための処置台、７３は、処置台７２の支持台、７１ａ、７１ｂは磁気共鳴イメージング装置の構成要素である磁石であり、ここでは円筒形状を有する。円筒形磁石７１ａ、７１ｂの間には、マニピュレータ８０を設置するためのマニピュレータ設置台７４が設置されている。円筒形磁石７１ａ、７１ｂの間にマニピュレータ８０を設置しているため、磁気共鳴イメージング装置による画像取得情報を取得しながら、マニピュレータ８０による医療処置を可能としている。
次に、医療用マニピュレータ８０の詳細構造について、図２０を用いて説明する。医療用マニピュレータ８０は、各々回転１自由度をもつ、第１関節９１、第２関節９２、第３関節９３、第４関節９４を介して、第１アーム８３、第２アーム８４、第３アーム８５、第４アーム８６を備えた４軸垂直多関節アームの構造を有する。各々の関節には、実施の形態１乃至５に示した、弾性部材、被駆動部材、弾性部材を支持する第１の支持部材、被駆動部材を支持する第２の支持部材等を備えた、振動型駆動装置８１ａ〜８１ｇが配置され、各関節に駆動トルクを付与することができる。また、第４アーム８６の先端にはエンドエフェクタ８７が装着され、穿刺や焼灼、把持等の任意の医療処置を行う。
次に、各振動型駆動装置の取り付け構造について説明する。振動型駆動装置８１ａの第１の支持部材は、マニピュレータ基台８２に固定され、第２の支持部材は第１アーム８３に固定され、振動型駆動装置８１ａは第１関節９１まわりの回転トルクを付与可能な構造である。振動型駆動装置８１ｂ及び８１ｃの第１の支持部材は、ともに第１アーム８３に固定され、振動型駆動装置８１ｂ及び８１ｃの第２の支持部材は、ともに第２アーム８４に固定される。振動型駆動装置８１ｂ及び８１ｃは第２関節９２まわりの回転トルクを付与可能な構造である。振動型駆動装置８１ｄ及び８１ｅの第１の支持部材は、ともに第２アーム８４に固定され、振動型駆動装置８１ｄ及び８１ｅの第２の支持部材は、ともに第３アーム８５に固定される。振動型駆動装置８１ｄ及び８１ｅは第３関節９３まわりの回転トルクを付与可能な構造である。振動型駆動装置８１ｆ及び８１ｇの第１の支持部材は、ともに第３アーム８５に固定され、振動型駆動装置８１ｆ及び８１ｇの第２の支持部材は、ともに第４アーム８６に固定される。振動型駆動装置８１ｆ及び８１ｇは第４関節９４まわりの回転トルクを付与可能な構造である。
次に、医療用マニピュレータ８０の材料について説明する。振動型駆動装置８１ａ〜８１ｇには、実施の形態１乃至５の振動型駆動装置のいずれかを用いている。従って、振動型駆動装置５１ａ〜５１ｇは、各々の電気基板および圧電素子の電極を除くすべての構成部材において、導電性材料から形成される閉ループがないように構成されている。また、マニピュレータ基台８２、第１アーム８３、第２アーム８４、第３アーム８５、第４アーム８６は、すべて非磁性材料で構成されている。
本実施の形態によれば、医療用マニピュレータを磁気共鳴イメージング装置の円筒形磁石の近傍に設置することができる。さらに磁気共鳴イメージング装置の磁場への影響を最小限に抑えた医療用マニピュレータを提供することができる。従って、磁気共鳴イメージング装置の近傍または内部で用いても、磁気共鳴イメージング装置に対する画像のアーチファクトやノイズを低減させる効果が期待できる。本発明の振動型駆動装置を医療用マニピュレータの関節へ直接配置することで、歯車やベルトなどの動力伝達機構を少なくすることができ、マニピュレータの応答性を高めることが可能である。また、本実施の形態のように、本発明の振動型駆動装置を関節に複数配置することで、駆動トルクを補うことが可能である。
本実施の形態では、磁気共鳴イメージング装置として、ダブルドーナツ型オープン磁気共鳴イメージング装置の内部に、医療用マニピュレータを設置した例を示したが、磁気共鳴イメージング装置はこれに限定されない。また、医療用マニピュレータとして、４軸垂直多関節型のマニピュレータを記載したが、水平多関節型のマニピュレータであっても、平行リンク機構型のマニピュレータであってもよく、マニピュレータの自由度や振動型駆動装置の設置場所や個数に制限はない。また、回転駆動型の振動型駆動装置を関節に直接配置した医療用マニピュレータに関する実施の形態について記載したが、振動型駆動装置は、これに限定されない。振動型駆動装置としては、直動駆動型や面内駆動型、球状駆動型の振動型駆動装置を用いてもよく、関節への駆動トルク付与手段として、動力伝達機構を備えていてもよい。
１ 振動型駆動装置
２ 弾性部材
３ 被駆動部材
５ 圧電素子

Claims (20)

  1. 機械エネルギ付与素子と、
    前記機械エネルギ付与素子が設けられた弾性部材と、
    前記弾性部材に励起された振動により、前記弾性部材との間に相対的変位が生じる被駆動部材と、を備え、
    前記弾性部材及び前記被駆動部材のうち少なくとも一つは、導電性材料から成る部分を有し、前記導電材料から成る部分は、有端弧状である振動型駆動装置。
  2. 前記弾性部材が、有端弧状である、請求項１に記載の振動型駆動装置。
  3. 前記弾性部材は、導電性材料から成る第１の弾性要素と、非導電性材料から成る第２の弾性要素を、周方向に有し、
    前記第１の弾性要素が有端弧状である、請求項１または請求項２に記載の振動型駆動装置。
  4. 前記弾性部材は、導電性材料から成る第１の弾性要素を、周方向に複数有し、１つの第１の弾性要素と、隣接する第１の弾性要素との間に、空間が設けられている、請求項１または請求項２に記載の振動型駆動装置。
  5. 前記被駆動部材が、有端弧状である、請求項１に記載の振動型駆動装置。
  6. 前記被駆動部材は、Ｃ型形状を有する、請求項１または請求項５に記載の振動型駆動装置。
  7. 前記被駆動部材は、被駆動部材本体と、前記被駆動部材本体と前記弾性部材の間に設けられた接触弾性部材を有し、接触弾性部材は導電性材料から成る、請求項１、５乃至６のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
  8. 前記接触弾性部材は、周方向に複数設けられ、１つの接触弾性部材と、隣接する接触弾性部材との間には、空間または非導電性材料が設けられている、請求項７に記載の振動型駆動装置。
  9. 前記弾性部材は、複数の溝を有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
  10. 前記機械エネルギ付与素子は、圧電素子である、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の振動型駆動装置は、円環状の回転駆動型である、振動型駆動装置。
  12. 医療器具と、
    医療器具を保持する保持部と、
    保持部に取り付けられた請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の振動型駆動装置と、を備えた医療装置。
  13. 磁気共鳴イメージング装置と、
    前記磁気共鳴イメージング装置内部に設けられた請求項１１に記載の医療装置と、
    を備えた医療システム。
  14. 機械エネルギ付与素子と、
    前記機械エネルギ付与素子が設けられた弾性部材と、
    前記弾性部材に励起された振動により、前記弾性部材との間に相対的変位が生じる被駆動部材と、
    前記弾性部材と前記被駆動部材の間の接触圧力を付与する加圧部材と、を備え、
    前記加圧部材は、有端弧状の部分を有し、
    前記有端弧状の部分は、導電性材料から成り、
    前記有端弧状の部分は、前記加圧部材の加圧方向において、前記有端弧状の他の部分と重なる部分を有さない、振動型駆動装置。
  15. 前記有端弧状の部分は、Ｃ型形状である、請求項１４に記載の振動型駆動装置。
  16. 前記弾性部材は、複数の溝を有する、請求項１４または請求項１５に記載の振動型駆動装置。
  17. 前記機械エネルギ付与素子は、圧電素子である、請求項１４乃至請求項１６のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
  18. 請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の振動型駆動装置は、円環状の回転駆動型である、振動型駆動装置。
  19. 医療器具と、
    医療器具を保持する保持部と、
    保持部に取り付けられた請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の振動型駆動装置と、を備えた医療装置。
  20. 磁気共鳴イメージング装置と、
    前記磁気共鳴イメージング装置内部に設けられた請求項１９に記載の医療装置と、
    を備えた医療システム。
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