JP2017225309A - Actuator, actuator unit and assembly method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクチュエータ、アクチュエータユニット及びその組立方法に関する。 The present invention relates to an actuator, an actuator unit, and an assembly method thereof.
光学式のエンコーダ等の変位検出装置が実装されたアクチュエータユニットと、アクチュエータユニットを用いた光学装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このようなアクチュエータユニットを医療用途に用いるために、高温高圧環境下で行われる滅菌処理等に適用可能とするための開発が積極的に行われている。 An actuator unit on which a displacement detection device such as an optical encoder is mounted and an optical device using the actuator unit are known (for example, see Patent Document 1). In order to use such an actuator unit for medical purposes, development for making it applicable to sterilization processing performed in a high-temperature and high-pressure environment has been actively carried out.
光学式のエンコーダ等を備えるアクチュエータユニットでは、光学式エンコーダ等の光源として耐熱性の低い発光ダイオードが用いられ、また、光学式エンコーダ等の筐体として耐熱性の低い透明樹脂等が用いられることが容易に想定される。この場合、全体的にアクチュエータユニットの耐熱性は低くなる。このようなアクチュエータユニットを高圧蒸気滅菌等のために、例えば、温度が121℃〜135℃で所定の高圧力の環境下に曝した場合、光源の故障や樹脂中の水分の急沸等による筐体の破損等が生じる可能性がある。つまり、耐熱性の低いアクチュエータユニットを医療用途に用いる場合に高圧蒸気滅菌等を行った場合には、その後のアクチュエータユニットの性能を保障することが困難となる。この問題に対して、より低温な環境での実施が可能な殺菌方法として知られている酸化エチレンガス滅菌方法やプラズマ滅菌方法等を用いるという対応を取ることも考えられるが、これらの殺菌方法は高圧蒸気滅菌方法に比べて高コストであるという問題がある。 In an actuator unit including an optical encoder or the like, a light-emitting diode with low heat resistance is used as a light source for the optical encoder or the like, and a transparent resin or the like with low heat resistance is used as a housing for the optical encoder or the like. Easy to assume. In this case, the overall heat resistance of the actuator unit is low. When such an actuator unit is exposed to a predetermined high pressure environment at a temperature of 121 ° C. to 135 ° C. for high-pressure steam sterilization or the like, a housing due to failure of the light source or sudden boiling of moisture in the resin, etc. The body may be damaged. That is, when high-pressure steam sterilization or the like is performed when an actuator unit with low heat resistance is used for medical purposes, it is difficult to ensure the performance of the actuator unit thereafter. It may be possible to take measures against this problem by using an ethylene oxide gas sterilization method or a plasma sterilization method known as a sterilization method that can be carried out in a lower temperature environment. There is a problem that it is more expensive than the high-pressure steam sterilization method.
本発明は、耐熱性の低いデバイスを備えるアクチュエータユニットについて、滅菌処理を安価に行うことができ、また、滅菌処理後の性能を保証することができる技術を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the technique which can perform a sterilization process cheaply about an actuator unit provided with a device with low heat resistance, and can guarantee the performance after a sterilization process.
本発明に係るアクチュエータユニットは、アクチュエータ本体およびセンサユニットを有するアクチュエータユニットであって、前記アクチュエータ本体は、被検出部が設けられた可動部を有するアクチュエータと、窓部が形成され、前記アクチュエータを内包するケーシングと、前記窓部を被覆する被覆手段とを備え、前記センサユニットは、前記窓部において前記ケーシングとの係合が可能な係合部と、前記被検出部の動きを検出する検出部とを備え、前記センサユニットは、前記被覆手段が前記窓部を被覆する機能を果たさない状態とされることで前記係合部と前記ケーシングとの係合が可能となって前記ケーシングに対して装着され、前記係合部と前記ケーシングとの係合が解除されることにより前記ケーシングから取り外されることを特徴とする。 An actuator unit according to the present invention is an actuator unit having an actuator body and a sensor unit, wherein the actuator body includes an actuator having a movable part provided with a detected part and a window part, and includes the actuator. A casing that covers the window portion, and the sensor unit includes an engaging portion that can be engaged with the casing in the window portion, and a detection portion that detects the movement of the detected portion. The sensor unit is configured such that the engagement portion and the casing can be engaged with each other when the covering means does not perform the function of covering the window portion. It is mounted and removed from the casing by releasing the engagement between the engaging portion and the casing. The features.
本発明によれば、耐熱性の低いデバイスを備えるアクチュエータユニットについて、滅菌処理を安価に行うことができ、また、滅菌処理後の性能を保証することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to sterilize an actuator unit including a device having low heat resistance at low cost, and to guarantee the performance after sterilization.
<第1実施形態>
図1(a)は、第1実施形態に係るアクチュエータ本体1aの概略構成を示す斜視図である。図1(b)は、アクチュエータ本体1aにセンサユニット10が装着されたアクチュエータユニット1bの概略構成を示す斜視図である。アクチュエータ本体1aは、外装(筐体)となる円筒状の形状を有するケーシング4と、回転出力を外部に取り出す出力軸3a(出力部)を備える。ケーシング4と出力軸3aとの間は、出力軸3aが回転自在な状態で封止部材9により気密に封止(シール)されている。出力軸3aを回転可能に支持する軸受け(不図示)は、ケーシング4の内部に適切に配置されおり、その詳細な説明を省略する。ケーシング4の一部には開口部である窓部6が設けられており、窓部6は被覆部材7による密閉が可能となっている。アクチュエータ本体1aは、被覆部材7が窓部6を被覆している状態では、被覆部材7及び封止部材9によって、ケーシング4の内部が外部環境から隔離された密閉構造を有する。被覆部材7を破る又は少なくとも一部を剥がす或いは取り外す等して、被覆部材7が窓部6を被覆する機能を果たさない状態とすることで、窓部6においてケーシング4に対するセンサユニット10の装着が可能となる。
<First Embodiment>
Fig.1 (a) is a perspective view which shows schematic structure of the actuator
図2(a)は、アクチュエータ本体1aを出力軸3aの回転中心軸5を含むと共に窓部6を通る平面で切断したときの窓部6側の片側断面図であり、窓部6を含まない片側の図示を省略している。同様に、図2(b)は、アクチュエータユニット1bを出力軸3aの回転中心軸5を含むと共に窓部6を通る平面で切断したときの窓部6側の片側断面図であり、窓部6を含まない片側の図示を省略している。
FIG. 2A is a one-side sectional view on the side of the
アクチュエータ本体1aにおいて、ケーシング4には固定部2が取り付けられている。固定部2は、例えば、永久磁石等である。出力軸3aには、出力軸3aと共に回転する回転部3cとフランジ3bが取り付けられている。回転部3cは、例えばコイル等の電機子等である。出力軸3a、フランジ3b及び回転部3cによって可動部である被駆動部材3が構成され、被駆動部材3は回転中心軸5まわりに回転する。つまり、アクチュエータ本体1aは電磁モータとして構成されており、出力軸3aから回転出力を外部に取り出すことができる。
In the actuator
フランジ3bには、円環状の被検出部8が取り付けられている。被検出部8は、周期的な明暗のスリットが形成されたエンコーダスケール板(回折格子)等であり、フランジ3bの全周に亘って設けられている。被覆部材7は、ゴム製のキャップ、ゴム膜、フィルム等である。封止部材9は、接触型シールであるパッキンやオイルシール、メカニカルシール又は非接触型シールのラビリンスシール等である。但し、封止部材9は、これらに限定されるものではなく、シール機能付きの軸受けやすべり軸受けであってもよい。固定部2、被駆動部材3、ケーシング4、被検出部8、被覆部材7及び封止部材9は、耐熱性の高い金属やセラミックス、樹脂、ゴム系材料等で形成されている。
An annular detected
被覆部材7がゴム製のキャップである場合、被覆部材7を取り外すことで、センサユニット10の窓部6への装着が可能となる。また、被覆部材7がゴム膜又はフィルムである場合、被覆部材7を部分的に破るか又は被覆部材7全体をケーシング4から剥がすことにより、センサユニット10の窓部6への装着が可能となる。センサユニット10をアクチュエータ本体1aに装着した状態では、ケーシング4とセンサユニット10との間に隙間が生じない構成となっていることが望ましい。
When the covering
センサユニット10は、外装部10dと、外装部10dに固定された基板10cと、基板10cに固定された検出部10aとを有する。基板10cには、検出部10a以外の電子部品が実装されていてもよい。外装部10dの一部には、係合部10bが設けられている。係合部10bは、例えば、図示の通りの爪部を有するスナップフィット構造を有しており、センサユニット10をケーシング4に対して装着したときに、被検出部8に対する検出部10aの相対的な位置及び姿勢が適切に調節された状態となるように構成されている。なお、被覆部材7がゴム膜又はフィルムである場合には、係合部10bの先端(爪部)を窓部6に対して押し込むことで、窓部6に取り付けられていた被覆部材7が破れると共に係合部10bによるケーシング4に対して係合する構成となっていてもよい。
The
検出部10aは不図示の発光部(光源)と受光部を有しており、発光部から被検出部8へ投光し、被検出部8からの反射光を受光部で受光する。被検出部8は回転するフランジ3bに取り付けられているため、フランジ3bと共に被検出部8が回転したときの被検出部8の動き(つまり、フランジ3bの動き)を明暗情報(明暗信号)として検出部10aによって読み取る。そして、検出部10aが読み取った明暗情報を不図示の演算手段によって、フランジ3bの回転位置情報や回転速度情報を取得することができる。検出部10a、被検出部8及び演算手段によってセンサユニット10が構成される。
The
次に、アクチュエータユニット1bの組立方法と使用方法(ワークフロー)について説明する。ここでは、手術等を行う医療現場でアクチュエータユニット1bを使用する例を取り上げるが、アクチュエータユニット1bの用途は医療現場に限られるものではない。図3は、アクチュエータユニット1bを医療現場で使用する際のワークフローの一例を示す図である。図3において、実線枠で示すステップは、滅菌されていない状態での取り扱いが可能な工程であり、例えば、技師や一部の看護師等によって行われる。一方、破線枠で示すステップは、滅菌されているもののみを取り扱うことが可能な工程であり、施術に関与する医師や技師、看護師等によって行われる。なお、ここでは、滅菌されていないものを扱う人物が滅菌されたものに対して一度でも触れると、滅菌状態は失われるものとする。また、アクチュエータ本体1a(但し、被覆部材7が取り付けられていない状態のもの)は、予め製造されているものとする。
Next, an assembly method and usage method (workflow) of the
最初に、アクチュエータ本体1a及びアクチュエータユニット1b側での処理について説明する。滅菌されていないものを扱うことができる人(以下「補助者」という)が、ステップS11においてアクチュエータ本体1aに対して被覆部材7の取り付けを行い、続くステップS12においてアクチュエータ本体1aの洗浄を行う。なお、図3のワークフローに示す処理を実行する補助者は、特定の1人を指すものではなく、1又は複数の補助者が、適宜、所定の処理を行うことができる。続いて、滅菌されているもののみを扱うことができる人(以下「主体者」)が、ステップS13においてアクチュエータ本体1aの高圧蒸気滅菌処理を行い、高圧蒸気滅菌処理後にアクチュエータ本体1aを滅菌処理装置から取り出す。補助者の場合と同様に、図3のワークフローにおける処理を実行する主体者とは、特定の1人を指すものではなく、1又は複数の主体者が、適宜、所定の処理を行うことができる。アクチュエータ本体1aは耐熱性に優れるために、ステップS13では、処理コストの安価な滅菌処理方法である高圧蒸気滅菌処理を用いることができる。高圧蒸気滅菌処理の条件は特に制限されるものではないが、例えば、温度を110℃〜140℃として30分〜10分間、高温の水蒸気に曝すことよって行うことができる。
First, processing on the
主体者は、ステップS14においてアクチュエータ本体1aに取り付けられた被覆部材7の除去等を行って窓部6を開口させ、ステップS15においてセンサユニット10をアクチュエータ本体1aへ取り付ける。後述の通り、ステップS15で主体者が取り扱うセンサユニット10は、滅菌処理された状態で維持されている。ステップS15によりアクチュエータユニット1bが組み立てられているので、主体者は、ステップS16においてアクチュエータユニット1bを用いた所定の処置(手術、施術、検査等)を行う。所定の処置が終了すると、補助者が、ステップS17においてアクチュエータユニット1bをアクチュエータ本体1aとセンサユニット10とに分解する。アクチュエータ本体1aは、回収されてステップS11へ戻されることにより再利用される。一方、センサユニット10は、後述するステップS25へ送られる。
In step S14, the subject person removes the covering
続いて、センサユニット10側の処理について説明する。補助者が、ステップS21において検出部10aの基板10cへの実装や外装部10dへの組み付けを行うことにより、センサユニット10を作製する。ステップS21は、例えば、工場等で行うことができるが、これに限られるものではなく、例えば、組み立てキットのように組み付けを簡単に行うことが可能であれば、使用場所である医療現場等での作製も可能である。ステップS22では主体者が、作製されたセンサユニット10を、高圧蒸気滅菌処理の処理温度よりも低い温度での滅菌処理が可能なエチレンガス滅菌方法やプラズマ滅菌方法等を用いて、低温滅菌処理を行う。このとき、一度に複数のセンサユニット10の低温滅菌処理を行うことが望ましい。ステップS23では主体者が、滅菌処理されたセンサユニット10を密閉包装(例えば、真空パッキング等)する。ステップS24では、補助者が、センサユニット10の密閉包装を開封し、その際、センサユニット10に触れないようにセンサユニット10を滅菌処理されたバット等に取り出す。これにより、前述したステップS15の実行が可能となる。ステップS17により使用済みのアクチュエータユニット1bが分解されると、補助者がステップS25において、アクチュエータ本体1aから取り外されたセンサユニット10を廃棄する。
Next, processing on the
以上の説明の通り、本実施形態では、アクチュエータ本体1aに被覆部材7を設けることにより、アクチュエータ本体1aとセンサユニット10のそれぞれに異なる滅菌処理を適用することができるようにしている。これにより、耐熱性の高いアクチュエータ本体1aに対してはコストの低い高圧蒸気滅菌方法の適用が可能になり、また、製造コストの高いアクチュエータ本体1aの再利用が可能となる。一方、耐熱性が低く、製造コストの安いセンサユニット10については、コストの高い低温滅菌を行う必要がある。しかし、その際に複数のセンサユニット10に対する滅菌処理を纏めて行うことで、センサユニット10の1個あたりの滅菌処理コストを削減することができる。つまり、アクチュエータユニット1b全体を高コストの低温滅菌により滅菌しない構成とすることにより、滅菌に必要なトータルでのコストを下げることができる。
As described above, in the present embodiment, by providing the actuator
また、本実施形態では、耐熱性の高いアクチュエータ本体1aと耐熱性の低いセンサユニット10とを別々に管理しており、センサユニット10をディスポーザブル部品として扱っている。これにより、検出部10aの信頼性を向上させると共に、医療現場においてアクチュエータユニット1bを用いた処置を行う際の安全性を向上させることができる。更に、アクチュエータ本体1aがブラシ付きモータである場合、使用中に摺動部で摩耗粉が発生しても、センサユニット10が装着されているために、ケーシング4の外部環境への摩耗粉の飛散を防止することができる。そして、外部環境からアクチュエータユニット1bの内部への埃や迷光の侵入をも防止することができる。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態では、アクチュエータユニット1bとして、出力軸3aを回転させることによって出力(駆動力)を取り出す構造のものを示した。しかし、アクチュエータ本体1aとセンサユニット10とを別体で管理可能とする構成は、これに限定されず、直線的な駆動力を出力するリニア駆動型のアクチュエータユニットに対しても適用が可能である。また、本実施形態では、反射型の光学式エンコーダを有するセンサユニット10を取り上げたが、これに代えて、透過型の光学式エンコーダ、磁気式センサ或いは静電容量式センサを用いることができる。また、センサユニットは、アクチュエータ本体1aの特性に応じた各種のセンサ等を有するものの装着が可能である。例えば、センサユニットは、速度センサやジャイロセンサ、力覚センサ、CCDセンサ、CMOSセンサであってもよい。総じて、耐熱性の低い部分(高圧蒸気滅菌方法の適用が困難な部品)を有するデバイスを実装しているセンサユニットであれば、上記説明の通りの効果を得ることができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、アクチュエータユニット1bを使用するワークフローとして、図3を参照して医療現場で使用する例を説明したが、使用例は医療現場に限定されるものではなく、ワークフローでの各種の処理の手順もこれに限定されるものではない。例えば、ステップS13の高圧蒸気滅菌処理後には、ステップS23と同様に、アクチュエータ本体1aを密閉包装するようにしてもよい。また、アクチュエータユニット1bを高温環境に曝す工程が必要であれば、アクチュエータ本体1aとセンサユニット10とを別体とすることによって得られる上記の効果を得ることができる。
In the present embodiment, as an example of a workflow using the
<第2実施形態>
図4(a)は、第2実施形態に係るアクチュエータ本体51aの概略構成を示す斜視図である。図4(b)は、アクチュエータ本体51aにセンサユニット60が装着されたアクチュエータユニット51bの概略構成を示す斜視図である。アクチュエータ本体51aは、円筒状の形状を有するケーシング54aと、ケーシング54aの底部に取り付けられてケーシング54aを封止する底板部材54bと、ケーシング54a内に配置され、回転出力を外部に取り出すための出力軸53aとを備える。ケーシング54aと出力軸53aとの間は、出力軸53aが回転自在な状態で封止部材59により気密に封止されている。ケーシング54aの外周側面に設けられた被覆部材57は、ケーシング54aに設けられた窓部56(図4(a)に不図示、図5参照)を覆っている。被覆部材57及び封止部材59によって、ケーシング54aの内部は外部環境と遮断される。被覆部材57を破る又は剥がす或いは取り外すことで、窓部56に対するセンサユニット60の装着が可能となる。
Second Embodiment
FIG. 4A is a perspective view showing a schematic configuration of an
図5(a)は、アクチュエータ本体51aを出力軸53aの回転中心軸55を含むと共に窓部56を通る平面で切断したときの断面図である。図5(b)は、アクチュエータユニット51bを出力軸53aの回転中心軸55を含むと共に窓部6を通る平面で切断したときの断面図である。図5(c)は、図5(a)中の領域Aの拡大図である。なお、図5では、図面が複雑になって構成が逆にわかりにくくなってしまうことを回避するために、一部の部材の断面に対するハッチングの表示を省略している。
FIG. 5A is a cross-sectional view of the
アクチュエータ本体51aの内部において、ケーシング54aにはハウジング52aが固定されており、ハウジング52aには2つの転がり玉軸受け62が嵌合によって組み込まれている。転がり玉軸受け62の内輪には、嵌合によって出力軸53aが組み込まれており、出力軸53aの側面には雄ネジが設けられている。出力軸53aに設けられた雄ネジは、予圧部材63の内部に設けられた雌ネジと螺合しており、予圧部材63は2つの玉軸受け62の内輪を相互に出力軸53aのスラスト方向(回転中心軸55の軸方向)に引き寄せるように予圧を与えている。こうして予圧された2つの玉軸受け62の玉の転がりによって、出力軸53aは、ハウジング52aに対して回転中心軸55まわりにがたつくことなく滑らかに回転可能となっている。
Inside the actuator
出力軸53aには、フランジ53bが取り付けられている。ケーシング54aの底部に隙間なく取り付けられたには底板部材54bとフランジ53bとの間には、出力軸53aと共に回転するフランジ53bの回転が妨げられないように隙間が設けられている。フランジ53bには防振ゴム53dが貼り付けられており、防振ゴム53dには被駆動部材53cが取り付けられている。つまり、被駆動部材53cは、防振ゴム53dを介してフランジ53bと一体的に回転可能に配置されている。被駆動部材53cにおいて防振ゴム53dと接触する面の反対側の面には、出力軸53aのスラスト方向と略平行な方向に撓むばね性を有するように摺動部が形成されており、この摺動部は弾性体52fに設けられた凸部の上面と加圧接触している。弾性体52fの凸部は、周方向に所定の間隔で溝部が設けられることにより、隣接する溝部間に形成される。なお、被駆動部材53cにおいて摺動部が設けられている面の外周側には、円環状の被検出部58が配置されている。
A
ハウジング52aには回り止め部材52dが固定されており、回り止め部材52dから外周側へ突出するように複数箇所に設けられた爪部52eが弾性体52fの溝部に差し込まれることで、弾性体52fは周方向に回転しないように拘束されている。弾性体52fにおいて凸部が形成されている面の反対側の面には、電気−機械エネルギ変換素子の一例である圧電素子52gが接着剤等によって接合されている。弾性体52fと圧電素子52gとは、被駆動部材53cを駆動する駆動体としての振動体を構成している。圧電素子52gには、基板52hが接着剤によって貼り付けられており、ハウジング52aには支持部材52bが固定されている。基板52hと支持部材52bとの間には、基板52h側から順に不織布52iと皿バネ52jが配置されている。出力軸53aのスラスト方向におけるハウジング52aと支持部材52bとの鉛直方向の相対位置を調節して皿バネ52jの圧縮長を調節することにより、被駆動部材53cに対する弾性体52fの押圧力を調整することができる。
An
基板52hを通じて位相の異なる2つ以上の交流電圧を圧電素子52gに印加することにより弾性体52fの周方向に進行する進行波を弾性体52fに励起する。これにより弾性体52fの凸部の先端に楕円運動が生じ、凸部と加圧接触する被駆動部材53cが凸部によって摩擦駆動されることで、被駆動部材53cを弾性体52fに対して相対的に移動(回転)させることができる。被駆動部材53cの回転によって被駆動部材53cと連結された出力軸53aが回転することで、回転出力を外部に取り出すことができる。つまり、アクチュエータ本体51aにおいて、出力軸53a、フランジ53b及び被駆動部材53cは、駆動力を出力するための可動部を構成し、後述するように、被駆動部材53cの回転速度や回転角度等動きを検出するための被検出部58が配置される。円環状の弾性体52fに進行波を励起する方法は周知であるので、より詳細な説明は省略する。
By applying two or more alternating voltages having different phases to the
図6(a)は、図5(b)中の領域Bの拡大図である。図6(a)では、図面が複雑になって構成が逆にわかりにくくなってしまうことを回避するために、一部の部材の断面に対するハッチングの表示を省略している。図6(b)は、センサユニット60の概略構成を示す斜視図である。センサユニット60は、基板60cと、基板60cに実装された検出部60aと、検出部60aへの電源供給と検出部60aからの信号取得の少なくとも一方を行うためのコネクタ60eと、基板60cとコネクタ60eを保持する外装部60dとを備える。検出部60aとしては、例えば、第1実施形態で説明した検出部10aと同様のものを用いることができ、発光部60fと受光部60gを有する。また、被検出部58は、被駆動部材53cの摺動部から離れた位置に(摺動部が内周側に設けられているのに対して外周側に)配置されている。被検出部58の表面には、例えば、金属の蒸着膜等によって明暗パターンが形成されている。発光部60fから被検出部58へ投光し、被検出部58からの反射光を受光部60gで受光することにより、被検出部58に形成された明暗パターンの情報を読み取ることができる。周知の演算手段を用いて、読み取った明暗パターンの情報から被駆動部材53cの変位量や速度情報等を得ることができる。コネクタ60eの一端は外装部60dの外側へ露出しており、コネクタ60eに対して不図示のケーブル等を外部から挿抜することができるようになっている。
Fig.6 (a) is an enlarged view of the area | region B in FIG.5 (b). In FIG. 6A, in order to avoid that the drawing becomes complicated and the configuration becomes difficult to understand, hatching is not shown for the cross sections of some members. FIG. 6B is a perspective view showing a schematic configuration of the
外装部60dの側面には、把持部60hと係合部60bが形成されている。図7(a)は、図5(b)中の直線Cを通り、回転中心軸55と直交する平面でのアクチュエータユニット51bの概略構成を示す断面図である。図7(b)は、図7(a)中の領域Dの拡大図である。センサユニット60は、係合部60bが窓部56の周囲においてケーシング54aと係合することにより、アクチュエータ本体51aに対して位置決めされ、固定される。センサユニット60のアクチュエータ本体51aに対する着脱(係合部60bのケーシング54aに対する係合とその解除)は、係合部60bが互いに近付くように把持部60hを適切な力で抓むことによって容易に行うことができる。センサユニット60が装着されている間は、ケーシング54aと外装部60dとの間に隙間が生じないように、これらが密着する構造であることが望ましい。よって、ケーシング54aと外装部60dとの間に隙間が生じないように、必要に応じて、ケーシング54aと外装部60dとの間にシリコーンゴム等のゴムシートを配置することによって、密着性(密閉性)を高めてもよい。
A gripping
次に、アクチュエータユニット51bを構成する主要な構成要素に適用される材料について説明する。弾性体52fには、鉄、ステンレス或いは銅等の金属や高靭性セラミックス等が好適に用いられる。弾性体52fにより摩擦摺動される被駆動部材53cは、安定した摺動特性と耐摩耗特性を有することが好ましく、例えば、母材がアルミニウム等の金属で形成されると共に摩擦摺動面にアルマイト処理等による硬化皮膜が形成されているものが好適に用いられる。弾性体52fと被駆動部材53cとの間の摩擦状態を良好とするために、別途、摩擦材(不図示)を弾性体52f又は被駆動部材53cの摺動面上に設けてもよい。防振ゴム53dには、ブチルゴム等を用いることができる。不織布52iには、羊毛等のフェルトやグラスウール等によって形成されたものを用いることが望ましい。基板15には、振動体としての振動損失を最小限に抑えるために、例えば、ポリイミド(PI)フィルムベースに銅箔によって電気回路を形成したフレキシブルプリント配線基板等が好適に用いられる。また、基板15に形成された電気回路のうち露出している部位は、酸化抑制のためにメッキ処理が施されていることが望ましい。その他の部材については、金属、樹脂、セラミックス等の材料の適用が可能である。
Next, materials that are applied to main components constituting the
アクチュエータユニット51bでは、弾性体52fにより被駆動部材53cを摩擦駆動するため、原理上、摩耗粉の発生が避けられない。しかしながら、アクチュエータ本体51aの保管時には被覆部材57により、アクチュエータユニット51bとしての使用時にはセンサユニット60の外装部60dによりそれぞれ、ケーシング54aに設けられた窓部56を封止することができる。よって、医療現場等でアクチュエータユニット51bを使用した場合でも、ケーシング54aの内部で発生した摩耗粉が使用現場の環境へ飛散するのを簡易な構成で抑制することができる。
In the
アクチュエータ本体51aの保管時には、ケーシング54aの内部は被覆部材57によって密閉されるため、被覆部材57を取り付ける作業環境を制御することによって、アクチュエータ本体51aの内部に含まれる水分量を制御することができる。その結果、アクチュエータ本体51aの保管時の環境温度が変化しても、摩擦摺動によって生じた移着膜や摩耗粉に化学変化が生じることで引き起こされる固着や静摩擦係数の上昇、水分による静摩擦力低下等の性能変化(特性変化)を防ぐことができる。
When the actuator
アクチュエータユニット51bでは、被検出部58が被駆動部材53cに接合されているため、被駆動部材53cを含む回転体(被駆動体)の重量を増加させることができる。回転体の重量増加は、被駆動部材53cと振動体(弾性体52fの凸部の上面)との摩擦接触の安定化に寄与する。また、被駆動部材53cにダンピング効果が付与されることで、不要な振動の発生を低減することができる。また、アクチュエータユニット51bでは、弾性体52fと被駆動部材53cとが摺動する部位のセンサユニット60を近付けて配置することができるため、高密度実装と小型化を実現することができる。なお、本実施形態では、上述した効果以外にも、第1実施形態で説明したアクチュエータ本体1a及びアクチュエータユニット1bで得られる効果と同様の効果が得られる。
In the
本実施形態では、円環状の弾性体52fにより被駆動部材53cを摩擦駆動する振動型アクチュエータを内包するアクチュエータユニット51bについて説明したが、アクチュエータ本体51aとセンサユニット60とを別体とする構成はこれに限定されない。例えば、本実施形態の構成は、リニア駆動型の振動型アクチュエータ、中空状の回転駆動型の振動型アクチュエータ、面内駆動型の振動型アクチュエータ、球状駆動型の振動型アクチュエータ等にも適用が可能である。また、本実施形態では、ケーシング54aの外周側面に設けた窓部56に対してセンサユニット60の着脱が可能な構成について説明したが、センサユニット60を装着するための構成は、これに限定されるものではない。例えば、フランジ53bの底板部材54b側の面に被検出部58を設け、底板部材54bに窓部を設け、窓部に対してセンサユニット60を回転中心軸55と平行な方向に着脱が可能な構成としてもよい。このように、アクチュエータユニット51bのアプリケーションに応じて、センサユニット60を挿嵌する位置を、適宜、変更することができる。
In the present embodiment, the
上記説明では、被検出部58が被駆動部材53cに接合されている構成について説明したが、被検出部58のパターン情報を印刷や機械加工等によって被駆動部材53cに直接に描画した構成としてもよい。コネクタ60eは、検出部60aと基板60cへの電源供給及び信号取得の機能を担うものとして説明したが、基板52hへの電源供給や振動体の振動に応じて圧電素子52gに生じる電位検出(振動検出)に用いることもできる。アクチュエータユニット51bを使用する際のワークフローの例としては、第1実施形態において図3を参照して説明したワークフローをそのまま適用することができるため、ここでの説明を省略する。
In the above description, the configuration in which the detected
<第3実施形態>
図8(a)は、第3実施形態に係るアクチュエータ本体81aの概略構成を示す斜視図である。図8(b)は、アクチュエータ本体81aにセンサユニット90が装着されたアクチュエータユニット81bの概略構成を示す斜視図である。以下、アクチュエータ本体81aの構成要素であって、第2実施形態で説明したアクチュエータ本体51aの構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付して重複する説明を省略する。同様に、アクチュエータユニット81bの構成要素であって、第2実施形態で説明したアクチュエータユニット81bの構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付して重複する説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 8A is a perspective view showing a schematic configuration of an actuator
アクチュエータ本体81aは、アクチュエータユニット51bと同様に、振動体により被駆動部材を摩擦摺動することによって出力軸53aを回転させる振動型アクチュエータを内包する。但し、アクチュエータ本体81aが備える振動型アクチュエータとアクチュエータ本体51aが備える振動型アクチュエータとでは構造が異なる。また、アクチュエータ本体81aは、アクチュエータ本体51aを構成するケーシング54aに代えて、第1のコネクタ93が配置されたケーシング84aを有する。ケーシング84aの側面には不図示の窓部56(図10参照)が形成されており、アクチュエータ本体81aは、窓部56が被覆部材57によって覆われた構成を有する。アクチュエータユニット81bは、アクチュエータ本体81aに設けられた窓部56に対してセンサユニット90が装着された構成を有する。
Similar to the
図9(a)は、アクチュエータ本体81aを出力軸53aの回転中心軸55を含むと共に窓部56を通る平面で切断したときの断面図である。図9(b)は、アクチュエータユニット51bを出力軸53aの回転中心軸55を含むと共に窓部56を通る平面で切断したときの断面図である。図10(a)は、図9(a)中の領域Eの拡大図である。図10(b)は、図9(b)中の領域Fの拡大図である。図10(c)は、図9(a)中の領域Hの拡大図である。図10(d)は、図9(b)中の領域Iの拡大図である。なお、図9及び図10では、図面が複雑になって構成が逆にわかりにくくなってしまうことを回避するために、一部の部材の断面に対するハッチングの表示を省略している。
FIG. 9A is a cross-sectional view of the
アクチュエータ本体81aの構成について、主に図9(a)及び図10(a),(c)を参照して説明する。ケーシング84aの内部にはハウジング82aが固定されている。フランジ53bは、防振ゴム53dを介して被駆動部材83cと結合されている。ハウジング82aには支持部材82dが固定されており、支持部材82dには第2のコネクタ91が配置されている。また、ハウジング82aには基台82bが固定されており、基台82bには台座82eが接合され、台座82eに振動体が取り付けられている。
The configuration of the actuator
図11は、振動体とその近傍の構造を示す斜視図である。なお、図11は、図10(c)とは、上下方向(出力軸53aのスラスト方向)が逆となっている。振動体は、板状の弾性体82hと、弾性体82hの厚み方向の一方の面に設けられた2つの突起部82gと、弾性体82hにおいて突起部82gが設けられた面の反対側の面に設けられた圧電素子82cとを有する。弾性体82hは、弾性体82hと一体で設けられた可撓性を有する加圧部82fを介して台座82eに取り付けられている。回転中心軸55と平行な方向におけるハウジング82aと基台82bとの相対的な位置を調整することにより、弾性体82hに設けられた突起部82gは被駆動部材83cに押圧される。加圧部82fは、弾性体82hの振動特性への影響を抑えるために、弾性体82hに比べて低い剛性を有することが望ましい。圧電素子82cは、接着剤により弾性体82hに接合されている。圧電素子82cには、接着剤を用いて不図示の基板が貼り付けられている。突起部82gの先端に図11中の矢印Kで示す楕円運動が励起されるように、基板を介して周波数の異なる2つ以上の交流電圧を圧電素子82cに印加する。なお、矢印Kで示す楕円運動は、2つの突起部82gを結ぶ方向と突起部82gの突出方向(弾性体82hの厚み方向)とを含む面内で生じている。突起部82gに矢印Kで示す楕円運動を生じさせるための交流電圧の印加方法は周知であるので、ここでの詳細な説明を省略する。
FIG. 11 is a perspective view showing the structure of the vibrating body and the vicinity thereof. Note that FIG. 11 is opposite to FIG. 10C in the vertical direction (thrust direction of the
図12は、図9(b)中の直線Gを通り、回転中心軸55と直交する平面でのアクチュエータユニット81bの概略構成を示す断面図である。3つの振動体(弾性体82h)が基台82bの周方向に120度毎に配置されており、各振動体は、2つの突起部82gを結ぶ線が回転中心軸55を中心とする円の接線となるように配置されている。よって、図11に示した矢印Kで示す楕円運動が突起部82gに励起されることで、被駆動部材83cは回転中心軸55を中心として回転するように、突起部82gによって摩擦駆動される。
12 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
図13(a)は、センサユニット90の概略構成を示す斜視図である。図13(b)は、図12内の領域Jの拡大図である。主に図9(b)、図10(b),(d)及び図13を参照して、センサユニット90の構成と配置について説明する。センサユニット90は、基板90cと、基板90cに実装された検出部60aと、検出部60a及び基板90cへの電源供給及び信号取得を行うために基板90cに実装された第3のコネクタ90eと、基板60cを保持する外装部90dとを有する。被検出部88は、第2実施形態で説明した被検出部58と同等であり、被駆動部材83cの摺動部よりも外周側に設けられている。検出部60aの構成は、第2実施形態で説明した通りである。
FIG. 13A is a perspective view illustrating a schematic configuration of the
センサユニット90をアクチュエータ本体81aへ装着することにより、第3のコネクタ90eは第2のコネクタ91に挿入されて電気的に接続される。第2のコネクタ91にはケーブル92が接続されており、ケーブル92はアクチュエータ本体81a内部を通ってケーシング84aに固定された第1のコネクタ93に接続されている。よって、第1のコネクタ93と第3のコネクタ90eとは、第2のコネクタ91を介して電気的に接続することができる。第1のコネクタ93を配置するためにケーシング84aに設けられた穴部の壁面と第1のコネクタ93の外周面との間の隙間は、封止部材94によって封止されている。第1のコネクタ93と不図示の外部装置とを接続することにより、外部装置による第1のコネクタ93を介したセンサユニット90への電源供給やセンサユニット90からの信号取得が可能となる。
By attaching the
センサユニット90の外装部90dの側面には、把持部90hと係合部90bが形成されている。係合部90bがケーシング84aと係合することにより、センサユニット90はアクチュエータ本体81aに対して位置決めされて固定される。センサユニット90のアクチュエータ本体51aに対する脱着は、係合部90bが互いに近付くように把持部90hを適切な力で抓むことによって容易に行うことができる。第2実施形態と同様に、センサユニット90が装着されている間は、ケーシング84aと外装部90dとの間に隙間が生じないように、これらが密着する構造であることが望ましい。よって、必要に応じて、ケーシング84aと外装部90dとの間にシリコーンゴム等のゴムシートを配置して、密着性を高めてもよい。なお、アクチュエータユニット81bの構成要素に用いられる材料は、第2実施形態で説明したアクチュエータユニット51bの構成要素に用いられる材料に準ずるため、説明を省略する。また、アクチュエータユニット81bを使用する際のワークフローの例としては、第1実施形態において図3を参照して説明したワークフローをそのまま適用することができるため、説明を省略する。
On the side surface of the
アクチュエータユニット81bでは、複数の振動体が離散的に周方向に配置されているため、周方向において、2つの振動体の間にセンサユニット90を配置することができる。これにより、アクチュエータユニット81bでは、第2実施形態に係るアクチュエータユニット51bと比較すると、外径寸法の短縮による小型化が可能となる。このとき、ケーシング84aの内部に向けて第3のコネクタ90eを差し込む構成とすることで、外装部90dの薄型化が可能になり、よって、アクチュエータユニット81bでは、外径寸法の短縮による更なる小型化が可能となる。また、外装部90dから外部へコネクタを露出させる必要がないため、センサユニット90に対して外部からケーブルを接続した場合にケーブルを介して作用する外力に起因するセンサユニット90の脱落や姿勢変化等の発生を防止することができる。ケーブル92及び第1のコネクタ93は、センサユニット90に対する電源供給及び信号取得に限定されず、圧電素子82cへの電源供給や振動体の振動に応じて圧電素子82cに生じる電位検出(振動検出)にも用いることができる。
In the
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。 Although the present invention has been described in detail based on preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms within the scope of the present invention are also included in the present invention. included. Furthermore, each embodiment mentioned above shows only one embodiment of this invention, and it is also possible to combine each embodiment suitably.
1a,51a,81a アクチュエータ本体
1b,51b,81b アクチュエータユニット
3,53c,83c 被駆動部材
3a,53a 出力軸
4,54a,84a ケーシング
6,56 窓部
7,57 被覆部材
8,58,88 被検出部
9,59,94 封止部材
10,60,90 センサユニット
10a,60a, 検出部
10b,60b,90b 係合部
52f,82h 弾性体
52g,82c 圧電素子
60e コネクタ
60f 発光部
60g 受光部
90e 第3のコネクタ
91 第2のコネクタ
93 第1のコネクタ
1a, 51a,
Claims (16)
前記アクチュエータ本体は、
被検出部が設けられた可動部を有するアクチュエータと、
窓部が形成され、前記アクチュエータを内包するケーシングと、
前記窓部を被覆する被覆手段とを備え、
前記センサユニットは、
前記窓部において前記ケーシングとの係合が可能な係合部と、
前記被検出部の動きを検出する検出部とを備え、
前記センサユニットは、前記被覆手段が前記窓部を被覆する機能を果たさない状態とされることで前記係合部と前記ケーシングとの係合が可能となって前記ケーシングに対して装着され、前記係合部と前記ケーシングとの係合が解除されることにより前記ケーシングから取り外されることを特徴とするアクチュエータユニット。 An actuator unit having an actuator body and a sensor unit,
The actuator body is
An actuator having a movable part provided with a detected part;
A casing formed with a window and enclosing the actuator;
Covering means for covering the window,
The sensor unit is
An engaging portion capable of engaging with the casing in the window portion;
A detection unit for detecting the movement of the detected unit;
The sensor unit is attached to the casing so that the engagement portion and the casing can be engaged by the covering means not performing the function of covering the window portion. The actuator unit is removed from the casing by releasing the engagement between the engaging portion and the casing.
窓部が形成され、前記アクチュエータを内包するケーシングと、
前記被検出部の動きを検出する検出部を有するセンサユニットとを備え、
前記センサユニットは、前記窓部において前記ケーシングとの係合が可能な係合部を有し、前記係合部と前記ケーシングとが係合することによって前記ケーシングに対して装着され、前記係合部と前記ケーシングとの係合が解除されることにより前記ケーシングから取り外されることを特徴とするアクチュエータユニット。 An actuator having a movable part provided with a detected part;
A casing formed with a window and enclosing the actuator;
A sensor unit having a detection unit for detecting the movement of the detected unit;
The sensor unit has an engaging portion that can be engaged with the casing in the window portion, and the sensor unit is attached to the casing when the engaging portion and the casing are engaged with each other. The actuator unit is removed from the casing by releasing the engagement between the portion and the casing.
前記出力部と前記ケーシングとの間が封止手段により封止されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のアクチュエータユニット。 The movable part has an output part that outputs the driving force of the movable part to the outside of the casing,
The actuator unit according to any one of claims 1 to 5, wherein a gap between the output portion and the casing is sealed by a sealing unit.
前記コネクタに対して外部からのケーブルの挿抜が可能となっていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のアクチュエータユニット。 The sensor unit includes a connector that performs at least one of power supply and signal acquisition to the detection unit,
The actuator unit according to claim 1, wherein an external cable can be inserted into and removed from the connector.
前記ケーシングの内部に設けられ、前記第1のコネクタと電気的に接続された第2のコネクタとを備え、
前記センサユニットは、前記ケーシングに装着された状態で前記第2のコネクタと電気的に接続される第3のコネクタを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のアクチュエータユニット。 A first connector that is provided in the casing so as to enable insertion and removal of a cable from the outside, and that performs at least one of power supply and signal acquisition to the sensor unit;
A second connector provided in the casing and electrically connected to the first connector;
The actuator according to claim 1, wherein the sensor unit includes a third connector that is electrically connected to the second connector in a state where the sensor unit is mounted on the casing. unit.
前記被検出部は前記被駆動部材に設けられ、
前記振動体は、弾性体と、前記弾性体に接合された電気−機械エネルギ変換素子とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に所定の交流電圧が印加されることで前記振動体に励起された振動によって前記被駆動部材が摩擦駆動されて前記振動体と前記被駆動部材とが相対的に移動することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のアクチュエータユニット。 The actuator is a vibration type actuator having a vibrating body, a driven member that constitutes the movable part, and a pressurizing unit that pressurizes and contacts the vibrating body and the driven member,
The detected portion is provided on the driven member,
The vibrating body includes an elastic body and an electro-mechanical energy conversion element joined to the elastic body, and is excited to the vibrating body by applying a predetermined AC voltage to the electro-mechanical energy conversion element. The actuator unit according to any one of claims 1 to 10, wherein the driven member is frictionally driven by the generated vibration, and the vibrating body and the driven member move relatively.
前記複数の振動体のうち2つの振動体の間に前記検出部が配置されるように前記ケーシングに前記窓部が設けられていることを特徴とする請求項11に記載のアクチュエータユニット。 A plurality of the vibrators are arranged at predetermined intervals,
The actuator unit according to claim 11, wherein the casing is provided with the window so that the detection unit is disposed between two vibrating bodies of the plurality of vibrating bodies.
前記可動部に設けられた被検出部と、
前記可動部を内包するケーシングとを備え、
前記可動部の駆動力が前記ケーシングの外部に出力されるアクチュエータであって、
前記ケーシングは、前記被検出部の動きを検出するセンサユニットが装着される窓部を有し、
前記窓部は被覆手段によって被覆されていることを特徴とするアクチュエータ。 Moving parts;
A detected part provided in the movable part;
A casing containing the movable part,
An actuator that outputs the driving force of the movable part to the outside of the casing;
The casing has a window part to which a sensor unit for detecting the movement of the detected part is mounted,
The actuator is characterized in that the window portion is covered with a covering means.
前記アクチュエータ本体に対して装着されるセンサユニットを、前記高圧蒸気滅菌処理の処理温度よりも低い温度で滅菌処理する工程と、
前記高圧蒸気滅菌処理が終了したアクチュエータ本体から前記被覆手段を除去して前記窓部を開口させ、前記低い温度での滅菌処理が終了した前記センサユニットを前記窓部において前記ケーシングに装着してアクチュエータユニットを組み立てる工程と、を有することを特徴とするアクチュエータユニットの組立方法。 Performing a high-pressure steam sterilization process on an actuator body having a sealed structure in which a window provided in a casing containing the actuator is covered with a covering means;
Sterilizing the sensor unit attached to the actuator body at a temperature lower than the processing temperature of the high-pressure steam sterilization;
The covering means is removed from the actuator body after the high-pressure steam sterilization treatment, the window portion is opened, and the sensor unit after the sterilization treatment at the low temperature is attached to the casing at the window portion to the actuator And a step of assembling the unit.
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WO2022202654A1 (en) * | 2021-03-26 | 2022-09-29 | 住友重機械工業株式会社 | Magnetic modulation gear device, drive device, and robot |
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