WO2020003853A1 - ロータリアクチュエータおよびロボット鉗子 - Google Patents

ロータリアクチュエータおよびロボット鉗子 Download PDF

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WO2020003853A1
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rotary actuator
housing
cover
rotary
rotation axis
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英紀 田中
忠 穴田
敏行 本間
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川崎重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rotary actuator and a robot forceps including the rotary actuator.
  • a vane is arranged in an internal space of a housing, and the internal space of the housing is covered by a cover.
  • a seal member is attached to a vane, and this seal member allows a gap between a tip surface of the vane and a housing (referred to as a “body tube” in Patent Literature 1) and a gap between a side surface of the vane and a cover.
  • a rotary actuator configured to be sealed.
  • annular seal groove having a rectangular cross section is formed between the housing and the cover so as to surround the internal space of the housing, and the outer seal member is inserted into the seal groove.
  • the present invention provides a rotary actuator capable of suppressing the working fluid from escaping from one of the pressure chambers partitioned by vanes to the other while interposing an outer seal member between the housing and the cover.
  • Another object of the present invention is to provide a robot forceps including the rotary actuator.
  • a rotary actuator includes a housing having an internal space in which a vane is arranged, and a cover attached to the housing to cover the internal space, wherein the housing and the cover An annular seal groove having a triangular cross section is formed between the seal grooves so as to surround the internal space, and an outer seal member is inserted into the seal groove.
  • the seal groove has a triangular cross section, the filling rate of the outer seal member in the seal groove can be increased as compared with a seal groove having a rectangular cross section.
  • the housing includes a reference surface positioned around the inner space, and an annular wall surface rising from an outer peripheral edge of the reference surface, the cover including a protrusion fitted into the wall surface, An inclined surface that forms the seal groove between the reference surface and a corner between the wall surface may be formed on an outer peripheral edge of the distal end surface of the portion.
  • a recess may be formed in the projecting portion to form a vane housing space together with the internal space.
  • the vane includes a cylindrical portion centered on a rotation axis of the rotary actuator, and a plate portion protruding radially outward from the cylindrical portion, wherein the rotary actuator is mounted on the vane, And an inner seal member surrounding the cylindrical portion, wherein a portion of the inner seal member located on the distal end surface of the plate portion is cut into a position corresponding to the reference surface of the housing and the distal end surface of the protrusion. May be formed. According to this configuration, when the protrusion of the cover is fitted inside the wall surface of the housing, it is possible to prevent the inner seal member from being caught between the reference surface of the housing and the distal end surface of the protrusion.
  • a tip surface of the protrusion may abut on a reference surface of the housing.
  • the cover includes a protruding portion that fits into the internal space, and a retreating surface located around the protruding portion.
  • the housing includes a squeezing surface with which the structural surface contacts, and an inner peripheral edge of the squeezing surface.
  • the portion may be formed with an inclined surface that forms the seal groove between an outer peripheral surface of the protruding portion and a corner portion between the receding surface.
  • the ratio of the cross-sectional area of the outer seal member to the cross-sectional area of the seal groove may be 90% or more.
  • a robot forceps includes an insertion tube, a first rotary actuator provided at a distal end of the insertion tube, for swinging one of a pair of claws opposed to each other, and a pair of claw of the pair of claws.
  • a gripper including a second rotary actuator for swinging the other, and a third rotary actuator for swinging the gripper with respect to the insertion tube; the first rotary actuator, the second rotary actuator, and the third rotary actuator;
  • Each of the rotary actuators is the above-mentioned rotary actuator, and the rotation axis of the first rotary actuator and the rotation axis of the second rotary actuator are coaxially located, and the rotation axis of the third rotary actuator is the first rotary actuator.
  • Actuator and second rotary actuator Perpendicular to the axis of rotation, characterized in that.
  • a robot forceps includes an insertion tube, a first rotary actuator provided at the distal end of the insertion tube, which swings one of a pair of claws opposed to each other, and a pair of the claw of the pair of claws.
  • a gripper including a second rotary actuator for swinging the other, and a third rotary actuator for swinging the gripper with respect to the insertion tube; and a rotation axis of the first rotary actuator and a rotation shaft of the second rotary actuator.
  • a rotation axis is located coaxially, and a rotation axis of the third rotary actuator is orthogonal to rotation axes of the first rotary actuator and the second rotary actuator.
  • the directions of a pair of claws for gripping the affected part can be arbitrarily changed about the rotation axis of the third rotary actuator.
  • FIG. 1A and 1B are perspective views of a distal end portion of a robot forceps in which first to third rotary actuators according to an embodiment of the present invention are incorporated.
  • FIG. 1A shows a state in which a nail is closed, and FIG. Indicates an open state.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view along the line III-III in FIG. 1. It is sectional drawing of a 1st rotary actuator.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a main part of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 4. It is sectional drawing which expanded the principal part of the rotary actuator of the modification. It is sectional drawing of the rotary actuator of another modification.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along line IX-IX in FIG. 8.
  • FIGS. 1A and 1B show a distal end portion of a robot forceps 1 in which first to third rotary actuators 3A to 3C according to an embodiment of the present invention are incorporated.
  • the robot forceps 1 is used, for example, in a surgery support system.
  • the doctor remotely controls the robot forceps 1 attached to the slave device by using the master device.
  • the robot forceps 1 includes an insertion tube 11 inserted into a patient's body, and a gripper 2 provided at a distal end of the insertion tube 11.
  • the insertion tube 11 may be a high-rigidity tube extending linearly, or may be a flexible tube.
  • the gripper 2 includes a pair of claws (a first claw 21 and a second claw 22) facing each other, a first rotary actuator 3 ⁇ / b> A for swinging the first claw 21, and a second rotary actuator for swinging the second claw 22. 3B. Furthermore, the robot forceps 1 includes a third rotary actuator 3C that swings the gripper 2 with respect to the insertion tube 11.
  • Each of the first to third rotary actuators 3A to 3C is driven by a working fluid.
  • the working fluid is a liquid such as physiological saline or oil.
  • a drive unit is provided at the root of the insertion tube 11 (on the side opposite to the gripper 2).
  • the drive unit supplies and supplies the working fluid to the first to third rotary actuators 3A to 3C.
  • a supply / discharge device for discharging is provided.
  • the supply of the working fluid from the supply / discharge device (not shown) to the first to third rotary actuators 3A to 3C and the discharge of the working fluid from the first to third rotary actuators 3A to 3C to the supply / discharge device are performed in the insertion pipe 11. This is performed through a plurality of tubes 15 inserted through.
  • the rotation axis 31 of the first rotary actuator 3A and the rotation axis 32 of the second rotary actuator 3B are located coaxially.
  • the rotation axis 33 of the third rotary actuator 3C is orthogonal to the rotation axes 31 and 32 of the first rotary actuator 3A and the second rotary actuator 3B.
  • the distal end side in the axial direction of the insertion tube 11 is referred to as an upper side, and the root side as a lower side.
  • a holding member 12 is fixed to the distal end of the insertion tube 11.
  • the holding member 12 is configured to be able to be divided into two halves.
  • the holding member 12 includes a tubular portion 13 into which the insertion tube 11 is fitted, and a pair of support pieces 14 projecting upward from the tubular portion 13 and facing each other.
  • the base 25 of the gripper 2 and the third rotary actuator 3C are arranged between the pair of support pieces 14.
  • each of the first to third rotary actuators 3A to 3C has a housing 4 having an internal space 41 in which the vane 6 is arranged, and is attached to the housing 4 to cover the internal space 41.
  • the housing 4 and the cover 5 have a substantially rectangular shape when viewed from the axial direction of the rotary actuator (the direction in which the rotation axis extends).
  • the shape of the cover 5 may be another shape such as a circular shape.
  • the housing 4 of the first rotary actuator 3A, the housing 4 of the second rotary actuator 3B, the base 25, and the housing 4 of the third rotary actuator 3C are integrated into a single block.
  • at least one of the housing 4 of the first rotary actuator 3A, the housing 4 of the second rotary actuator 3B, the base 25, and the housing 4 of the third rotary actuator 3C may be separate.
  • the vane 6 is integrally provided with a rotary shaft 7 penetrating the cover 5.
  • the rotary shaft 7 of the first rotary actuator 3A is non-rotatably connected to the first pawl 21, and the rotary shaft 7 of the second rotary actuator 3B is non-rotatably connected to the second pawl 22.
  • the rotary shaft 7 of the third rotary actuator 3C is non-rotatably connected to one support piece 14. That is, in the present embodiment, the housing 4 and the cover 5 of the third rotary actuator 3C rotate relative to the support piece 14.
  • the positional relationship between the housing 4 of the third rotary actuator 3C and the cover 5 is reversed from that in FIG. 2, the housing 4 of the third rotary actuator 3C is fixed to the support piece 14, and the rotary shaft 7 cannot rotate with the base 25. May be combined.
  • the shapes of the housing 4 and the cover 5 when viewed from the axial direction of the rotary actuator are, for example, circular.
  • the rotation shaft 26 is provided on the base 25 coaxially with the rotation shaft 7 of the third rotary actuator 3C.
  • the rotary shaft 26 is rotatably supported by the support piece 14 opposite to the support piece 14 to which the rotary shaft 7 of the third rotary actuator 3C is coupled.
  • the above-described tube 15 is connected to the base 25. Inside the block composed of the base 25 and the housing 4 of the first to third rotary actuators 3A to 3C, a plurality of flow paths 16 (see FIG. 6, FIGS. 2 and 3) from each tube 15 to the corresponding internal space 41 are provided. Are omitted).
  • the first to third rotary actuators 3A to 3C have the same structure as each other. Therefore, the structure of the first rotary actuator 3A will be described in detail below with reference to FIGS.
  • the internal space 41 of the housing 4 when viewed from the axial direction of the first rotary actuator 3A, has a substantially semicircular shape so that the vane 6 can swing within an angle range of 180 degrees.
  • the shape of the internal space 41 of the housing 4 when viewed from the axial direction of the first rotary actuator 3A may be a fan shape so that the vane 6 can swing within an angle range smaller than 180 degrees.
  • a shape in which a part of a circle is missing so that the vane 6 can swing within an angle range larger than 180 degrees may be used.
  • the depth of the internal space 41 of the housing 4 is set to about half the height of the vane 6.
  • the depth of the internal space 41 can be set arbitrarily as long as it is smaller than the height of the vane 6.
  • the housing 4 includes a reference surface 42 located around the internal space 41, an annular wall surface 43 rising from the outer peripheral edge of the reference surface 42, and a top surface 44 located around the wall surface 43.
  • the outer contour of the reference surface 42 has a circular shape with the rotation axis 31 as the center.
  • the wall surface 43 has a circular cylindrical shape.
  • the outer contour of the reference surface 42 may be substantially D-shaped such that the inner space 41 is enlarged.
  • the cover 5 includes a protruding portion 51 that fits inside the wall surface 43 and a retreating surface 52 located around the protruding portion 51.
  • the distal end surface of the protruding portion 51 contacts the reference surface 42 of the housing 4.
  • the outer peripheral surface of the protruding portion 51 faces the wall surface 43 of the housing 4 with a slight gap therebetween, and the receding surface 52 faces the top surface 44 of the housing 4 with a slight gap therebetween.
  • the protruding portion 51 is formed with a concave portion 53 that forms the vane accommodating space 30 together with the internal space 41 of the housing 4. That is, the sum of the depth of the concave portion 53 and the depth of the internal space 41 is substantially equal to the height between the side surfaces of the vane 6.
  • the vane 6 partitions the vane housing space 30 into a first pressure chamber 3a and a second pressure chamber 3b.
  • the distal end surface of the projecting portion 51 of the cover 5 abuts on the reference surface 42 of the housing 4, but the undulation and surface roughness of the distal end surface of the projecting portion 51 and the reference surface 42 of the housing 4. , A leakage path of the working fluid from the vane housing space 30 is formed between the surfaces.
  • the retreating surface 52 of the cover 5 may be in contact with the top surface 44 of the housing 4, and the tip surface of the protrusion 51 may be opposed to the reference surface 42 with a slight gap.
  • the structure shown in FIG. 5 can reduce the amount of leakage from the vane housing space 30 as compared with the structure shown in FIG.
  • the vane 6 includes a cylindrical portion 61 centered on the rotation shaft 31 of the first rotary actuator 3A, and a plate portion 62 protruding radially outward from the outer peripheral surface of the cylindrical portion 61.
  • the above-described rotary shaft 7 protrudes from one end surface of the columnar portion 61 and is rotatably supported by the cover 5. Further, a shaft portion 63 is provided on the other end surface of the cylindrical portion 61, and the shaft portion 63 is rotatably supported by the housing 4.
  • the inner seal member 8A surrounding the plate portion 62 and the cylindrical portion 61 is attached to the vane 6. More specifically, a linear groove 64 extending in the axial direction of the column portion 61 is formed in the distal end surface 62 a of the plate portion 62, and a columnar surface is formed on the side surface of the plate portion 62 on the cover 5 side and the side surface opposite to the cover 5. A linear groove 65 extending in the radial direction of the portion 61 is formed. Circular grooves 66 are formed on both end surfaces of the cylindrical portion 61, respectively.
  • the cylindrical portion 61 has a wide width extending in the axial direction of the cylindrical portion 61 at a position on the outer peripheral surface opposite to the plate portion 62.
  • a groove 67 is formed. The inner seal member 8A is inserted into the grooves 64-67.
  • the portion of the inner seal member 8A located on the distal end surface 62a of the plate portion 62 (accurately, the portion inserted into the groove 64) has a position corresponding to the reference surface 42 of the housing 4 and the distal end surface of the protrusion 51.
  • a notch 81 is formed in the groove.
  • the cut 81 traverses a portion of the inner seal member 8A located on the distal end surface 62a of the plate portion 62 in the thickness direction of the plate portion 62.
  • the cross section of the cut 81 is triangular, but the cross section of the cut 81 may be, for example, a semicircle or a rectangle.
  • an inclined surface 54 that is continuous in the circumferential direction is formed.
  • the inclined surface 54 forms an annular seal groove 9 having a triangular cross section between the reference surface 42 of the housing 4 and a corner between the wall surface 43. That is, the seal groove 9 is formed so as to surround the internal space 41 between the housing 4 and the cover 5.
  • the outer seal member 8B is inserted into the seal groove 9.
  • the outer seal member 8B is, for example, an O-ring having a circular cross-sectional shape in a natural state, as shown by a two-dot chain line in FIG.
  • the cross-sectional shape of the outer seal member 8B in the natural state may be another shape such as an elliptical shape.
  • the ratio of the cross-sectional area of the outer seal member S2 to the cross-sectional area S1 of the seal groove 9 is preferably 90% or more, and more preferably 95% or more.
  • the cross-sectional area S1 of the seal groove 9 is an area of a section surrounded by a line obtained by extending the inclined surface 54 to the reference surface 42 and the wall surface 43 and the reference surface 42 and the wall surface 43.
  • the cross-sectional area of the outer seal member S2 is a cross-sectional area in a natural state.
  • the seal groove 9 has a triangular cross section
  • the outer seal in the seal groove 9 is smaller than the seal groove having a rectangular cross section.
  • the filling rate of the member 8B can be increased.
  • the outer seal member 8B can be arranged in advance at a corner between the reference surface 42 and the wall surface 43 of the housing 4. Thereby, the cover 5 can be easily attached to the housing 4.
  • the cut 81 is formed in a portion of the inner seal member 8A located on the distal end surface 62a of the plate portion 62, the protrusion 51 of the cover 5 is fitted inside the wall surface 43 of the housing 4. When this is done, it is possible to prevent the inner seal member 8A from biting between the reference surface 42 of the housing 4 and the distal end surface of the protrusion 51.
  • the depth of the internal space 41 of the housing 4 may be larger than the height of the vane 6, and the protrusion 51 of the cover 5 may fit into the internal space 41.
  • the retreating surface 52 of the cover 5 contacts the top surface 44 of the housing 4, and the outer peripheral surface of the protrusion 51 of the cover 5 faces the inner peripheral surface of the internal space 41 with a slight gap.
  • an inclined surface 45 that is continuous in the circumferential direction is formed on the inner peripheral edge of the top surface 44 of the housing 4.
  • the inclined surface 45 forms an annular seal groove 9 having a triangular cross section between the outer peripheral surface of the protruding portion 51 of the cover 5 and a corner portion between the receding surface 52. That is, the seal groove 9 is formed so as to surround the internal space 41 between the housing 4 and the cover 5.
  • the filling rate of the outer seal member 8B in the seal groove 9 can be increased as compared with the seal groove having a rectangular cross section, as in the first embodiment.
  • the outer seal member 8 ⁇ / b> B is disposed in advance at a corner between the outer peripheral surface of the projecting portion 51 of the cover 5 and the receding surface 52. Can be. Thereby, the cover 5 can be easily attached to the housing 4.
  • the seal groove 9 having a triangular cross section does not necessarily need to be formed using a corner portion between a surface parallel to the radial direction of the rotary actuator and a surface orthogonal to the surface.
  • the seal groove having a triangular cross section may be formed using an annular concave portion that is concaved in a V shape from a plane parallel to the radial direction of the rotary actuator.
  • the internal space 41 of the housing 4 is open in one direction, but the internal space 41 of the housing 4 is open in both directions.
  • Covers 5 may be arranged on both sides.
  • the cover 5 may have a recess larger than the internal space 41 of the housing 4 and the housing 4 may be configured to fit into the recess of the cover 5 contrary to FIG. Good.
  • the working fluid for driving the rotary actuator of the present invention is not necessarily required to be a liquid, but may be a gas. Further, the rotary actuator of the present invention may be incorporated in various devices other than the robot forceps.

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Abstract

ロータリアクチュエータは、ベーンが配置される内部空間を有するハウジングと、ハウジングに取り付けられて内部空間を覆うカバーと、を備え、ハウジングとカバーとの間には、内部空間を取り巻くように断面三角形状で環状のシール溝が形成されており、このシール溝内に外側シール部材が挿入されている。

Description

ロータリアクチュエータおよびロボット鉗子
　本発明は、ロータリアクチュエータおよびそのロータリアクチュエータを含むロボット鉗子に関する。
　一般的に、作動流体により駆動されるロータリアクチュエータでは、ハウジングの内部空間内にベーンが配置され、そのハウジングの内部空間がカバーにより覆われる。例えば、特許文献１には、ベーンにシール部材が装着され、このシール部材によってベーンの先端面とハウジング（特許文献１では「本体チューブ」と称呼）との間およびベーンの側面とカバーとの間がシールされるように構成されたロータリアクチュエータが開示されている。
特開２０１１－１８５４３１号公報
　ところで、特許文献１に開示されたロータリアクチュエータでは、ハウジングとカバーとの間にはシール部材が介在していない。しかしながら、作動流体がベーン収容空間からハウジングとカバーの間を通って外部へ漏れ出すことを防止するためには、ハウジングとカバーとの間にシール部材（例えば、Ｏリング）を介在させることが望ましい。
　その場合、一般的には、ハウジングとカバーとの間に、ハウジングの内部空間を取り巻くように断面矩形状で環状のシール溝が形成され、このシール溝内に外側シール部材が挿入される。
　しかしながら、断面矩形状のシール溝の場合、シール溝の内側側面と外側シール部材との間に隙間が形成されるため、その隙間を通じて、ベーンで仕切られた圧力室の一方から他方へ作動流体が逃げるおそれがある。
　そこで、本発明は、ハウジングとカバーとの間に外側シール部材を介在させつつベーンで仕切られた圧力室の一方から他方へ作動流体が逃げることを抑制することができるロータリアクチュエータを提供することを目的とする。また、本発明は、そのロータリアクチュエータを含むロボット鉗子を提供することも目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明のロータリアクチュエータは、ベーンが配置される内部空間を有するハウジングと、前記ハウジングに取り付けられて前記内部空間を覆うカバーと、を備え、前記ハウジングと前記カバーとの間には、前記内部空間を取り巻くように断面三角形状で環状のシール溝が形成されており、このシール溝内に外側シール部材が挿入されている、ことを特徴とする。
　上記の構成によれば、シール溝が断面三角形状であるので、断面矩形状のシール溝と比べて、シール溝内の外側シール部材の充填率を大きくすることができる。これにより、ハウジングとカバーとの間に外側シール部材を介在させつつベーンで仕切られた圧力室の一方から他方へ作動流体が逃げることを抑制することができる。
　前記ハウジングは、前記内部空間の周囲に位置する基準面と、前記基準面の外周縁部から立ち上がる環状の壁面を含み、前記カバーは、前記壁面の内部に嵌まり込む突出部を含み、前記突出部の先端面の外周縁部には、前記基準面と前記壁面との間のコーナー部との間に前記シール溝を形成する傾斜面が形成されていてもよい。この構成によれば、ハウジングにカバーを取り付ける際に、ハウジングの基準面と壁面との間のコーナー部に予め外側シール部材を配置することができる。これにより、ハウジングに対してカバーを容易に取り付けることができる。
　例えば、前記突出部には、前記内部空間と共にベーン収容空間を形成する凹部が形成されていてもよい。
　前記ベーンは、前記ロータリアクチュエータの回転軸を中心とする円柱部と、前記円柱部から径方向外向きに突出する板部を含み、上記のロータリアクチュエータは、前記ベーンに装着された、前記板部および前記円柱部を取り巻く内側シール部材をさらに備え、前記内側シール部材における前記板部の先端面上に位置する部分には、前記ハウジングの基準面および前記突出部の先端面と対応する位置に切り込みが形成されていてもよい。この構成によれば、ハウジングの壁面の内部にカバーの突出部を嵌め込む際に、ハウジングの基準面と突出部の先端面との間に内側シール部材が噛み込むことを防止することができる。
　前記突出部の先端面は、前記ハウジングの基準面に当接してもよい。この構成によれば、カバーの突出部の周囲に位置する後退面が、ハウジングの壁面の周囲に位置する頂き面に当接する場合に比べて、ベーン収容空間からの漏れ量を低減することができる。なお、ベーン収容空間から外部への漏れ出しは外側シール部材により防止されるため、ここでのベーン収容空間からの漏れ量の低減は、圧力室の一方から他方へ作動流体が逃げることを効果的に抑制できることを意味する。
　前記カバーは、前記内部空間に嵌まり込む突出部と、前記突出部の周囲に位置する後退面を含み、前記ハウジングは、前記構体面が当接する頂き面を含み、前記頂き面面の内周縁部には、前記突出部の外周面と前記後退面との間のコーナー部との間に前記シール溝を形成する傾斜面が形成されていてもよい。この構成によれば、ハウジングにカバーを取り付ける際に、カバーの突出部の外周面と後退面との間のコーナー部に予め外側シール部材を配置することができる。これにより、ハウジングに対してカバーを容易に取り付けることができる。
　例えば、前記シール溝の断面積に対する前記外側シール部材の断面積の割合は、９０％以上であってもよい。
　また、本発明の１つの側面からのロボット鉗子は、挿入管と、前記挿入管の先端に設けられた、互いに対向する一対の爪の一方を揺動させる第１ロータリアクチュエータおよび前記一対の爪の他方を揺動させる第２ロータリアクチュエータを含むグリッパーと、前記挿入管に対して前記グリッパーを揺動させる第３ロータリアクチュエータと、を備え、前記第１ロータリアクチュエータ、前記第２ロータリアクチュエータおよび前記第３ロータリアクチュエータのそれぞれが、上記のロータリアクチュエータであり、前記第１ロータリアクチュエータの回転軸と前記第２ロータリアクチュエータの回転軸が同軸上に位置し、前記第３ロータリアクチュエータの回転軸が前記第１ロータリアクチュエータおよび前記第２ロータリアクチュエータの回転軸と直交する、ことを特徴とする。
　さらに、本発明の別の側面からのロボット鉗子は、挿入管と、前記挿入管の先端に設けられた、互いに対向する一対の爪の一方を揺動させる第１ロータリアクチュエータおよび前記一対の爪の他方を揺動させる第２ロータリアクチュエータを含むグリッパーと、前記挿入管に対して前記グリッパーを揺動させる第３ロータリアクチュエータと、を備え、前記第１ロータリアクチュエータの回転軸と前記第２ロータリアクチュエータの回転軸が同軸上に位置し、前記第３ロータリアクチュエータの回転軸が前記第１ロータリアクチュエータおよび前記第２ロータリアクチュエータの回転軸と直交する、ことを特徴とする。
　これらのロボット鉗子では、第３ロータリアクチュエータの回転軸を中心として、患部を把持する一対の爪の向きを任意に変更することができる。
　本発明によれば、ハウジングとカバーとの間に外側シール部材を介在させつつベーンで仕切られた圧力室の一方から他方へ作動流体が逃げることを抑制することができる。
図１Ａおよび１Ｂは本発明の一実施形態に係る第１～第３ロータリアクチュエータが組み込まれたロボット鉗子の先端部分の斜視図であり、図１Ａは爪が閉じた状態を示し、図１Ｂは爪が開いた状態を示す。 図１のII－II線に沿った断面図である。 図１のIII－III線に沿った断面図である。 第１ロータリアクチュエータの断面図である。 図４の要部の拡大図である。 図４のVI－VI線に沿った断面図である。 変形例のロータリアクチュエータの要部を拡大した断面図である。 別の変形例のロータリアクチュエータの断面図である。 図８のIX－IX線に沿った断面図である。
　図１Ａおよび１Ｂに、本発明の一実施形態に係る第１～第３ロータリアクチュエータ３Ａ～３Ｃが組み込まれたロボット鉗子１の先端部分を示す。
　ロボット鉗子１は、例えば、手術支援システムに用いられる。この場合、スレーブ側装置に取り付けられるロボット鉗子１をマスタ側装置で医師が遠隔操作する。
　具体的に、ロボット鉗子１は、患者の体内に挿入される挿入管１１と、挿入管１１の先端に設けられたグリッパー２を含む。挿入管１１は、直線状に延びる高剛性の管であってもよいし、フレキシブルな管であってもよい。
　グリッパー２は、互いに対向する一対の爪（第１爪２１および第２爪２２）と、第１爪２１を揺動させる第１ロータリアクチュエータ３Ａと、第２爪２２を揺動させる第２ロータリアクチュエータ３Ｂを含む。さらに、ロボット鉗子１は、挿入管１１に対してグリッパー２を揺動させる第３ロータリアクチュエータ３Ｃを含む。
　第１～第３ロータリアクチュエータ３Ａ～３Ｃのそれぞれは、作動流体により駆動される。本実施形態では、作動流体が、生理食塩水や油などの液体である。図示は省略するが、挿入管１１の根本（グリッパー２と反対側）には駆動ユニットが設けられており、この駆動ユニット内に、第１～第３ロータリアクチュエータ３Ａ～３Ｃに対する作動流体の供給および排出を行う給排装置が設けられている。図略の給排装置から第１～第３ロータリアクチュエータ３Ａ～３Ｃへの作動流体の供給および第１～第３ロータリアクチュエータ３Ａ～３Ｃから給排装置への作動流体の排出は、挿入管１１内に挿通された複数のチューブ１５を通じて行われる。
　図３に示すように、第１ロータリアクチュエータ３Ａの回転軸３１と第２ロータリアクチュエータ３Ｂの回転軸３２は同軸上に位置している。また、第３ロータリアクチュエータ３Ｃの回転軸３３は、図２に示すように、第１ロータリアクチュエータ３Ａおよび第２ロータリアクチュエータ３Ｂの回転軸３１，３２と直交する。このようなロボット鉗子１であれば、第３ロータリアクチュエータ３Ｃの回転軸３３を中心として、患部を把持する第１爪２１および第２爪２２の向きを任意に変更することができる。
　なお、以下の説明では、説明の便宜上、挿入管１１の軸方向のうち先端側を上方、根本側を下方という。
　ロボット鉗子１の先端部分の構造に関し、より詳しくは、挿入管１１の先端には、保持部材１２が固定されている。保持部材１２は、２つの半体に分割可能に構成されている。保持部材１２は、内部に挿入管１１が嵌め込まれる筒状部１３と、筒状部１３から上向きに突出する、互いに対向する一対の支持片１４を含む。そして、この一対の支持片１４の間に、グリッパー２のベース２５と第３ロータリアクチュエータ３Ｃが配置されている。
　図２および図３に示すように、第１～第３ロータリアクチュエータ３Ａ～３Ｃのそれぞれは、ベーン６が配置される内部空間４１を有するハウジング４と、ハウジング４に取り付けられて内部空間４１を覆うカバー５を含む。本実施形態では、ロータリアクチュエータの軸方向（回転軸が延びる方向）から見たときのハウジング４およびカバー５の形状が略矩形状であるが、ロータリアクチュエータの軸方向から見たときのハウジング４およびカバー５の形状は円形状などの別の形状であってもよい。
　本実施形態では、第１ロータリアクチュエータ３Ａのハウジング４、第２ロータリアクチュエータ３Ｂのハウジング４、ベース２５および第３ロータリアクチュエータ３Ｃのハウジング４が一体となっており、単一のブロックを構成している。ただし、第１ロータリアクチュエータ３Ａのハウジング４、第２ロータリアクチュエータ３Ｂのハウジング４、ベース２５および第３ロータリアクチュエータ３Ｃのハウジング４の少なくとも１つが別体になっていてもよい。
　また、第１～第３ロータリアクチュエータ３Ａ～３Ｃのそれぞれにおいて、ベーン６にはカバー５を貫通する回転シャフト７が一体的に設けられている。第１ロータリアクチュエータ３Ａの回転シャフト７は第１爪２１に回転不能に結合されており、第２ロータリアクチュエータ３Ｂの回転シャフト７は第２爪２２に回転不能に結合されている。第３ロータリアクチュエータ３Ｃの回転シャフト７は一方の支持片１４に回転不能に結合されている。つまり、本実施形態では、第３ロータリアクチュエータ３Ｃのハウジング４およびカバー５が支持片１４に対して相対回転する。
　ただし、第３ロータリアクチュエータ３Ｃのハウジング４とカバー５の位置関係が図２とは逆にされ、第３ロータリアクチュエータ３Ｃのハウジング４が支持片１４に固定され、回転シャフト７がベース２５に回転不能に結合されてもよい。この場合、ロータリアクチュエータの軸方向から見たときのハウジング４およびカバー５の形状は例えば円形状である。
　ベース２５には、第３ロータリアクチュエータ３Ｃの回転シャフト７と同軸上に回転シャフト２６が設けられている。回転シャフト２６は、第３ロータリアクチュエータ３Ｃの回転シャフト７が結合された支持片１４と反対側の支持片１４に回転可能に支持されている。
　上述したチューブ１５は、ベース２５に接続されている。ベース２５および第１～第３ロータリアクチュエータ３Ａ～３Ｃのハウジング４からなるブロックの内部には、各チューブ１５から対応する内部空間４１に至る複数の流路１６（図６参照、図２および図３では作図を省略）が形成されている。
　第１～第３ロータリアクチュエータ３Ａ～３Ｃは、互いに同じ構造を有している。従って、以下では、図４～図６を参照し、第１ロータリアクチュエータ３Ａの構造を代表して詳細に説明する。
　本実施形態では、第１ロータリアクチュエータ３Ａの軸方向から見たときに、ハウジング４の内部空間４１が、ベーン６が１８０度の角度範囲内で揺動できるように、略半円状の形状を有している。ただし、第１ロータリアクチュエータ３Ａの軸方向から見たときのハウジング４の内部空間４１の形状は、ベーン６が１８０度よりも小さな角度範囲内で揺動できるように扇形状であってもよいし、ベーン６が１８０度よりも大きな角度範囲内で揺動できるように円の一部が欠落した形状（逆扇形状）であってもよい。
　本実施形態では、ハウジング４の内部空間４１の深さが、ベーン６の高さの半分程度に設定されている。ただし、内部空間４１の深さは、ベーン６の高さよりも小さければ任意に設定可能である。
　ハウジング４は、内部空間４１の周囲に位置する基準面４２と、基準面４２の外周縁部から立ち上がる環状の壁面４３と、壁面４３の周囲に位置する頂き面４４を含む。本実施形態では、基準面４２の外側の輪郭が回転軸３１を中心とする円形状である。このため、壁面４３は円形筒状である。ただし、基準面４２の外側の輪郭は、内部空間４１を拡大したような略Ｄ字状であってもよい。
　一方、カバー５は、壁面４３の内部に嵌まり込む突出部５１と、突出部５１の周囲に位置する後退面５２を含む。本実施形態では、突出部５１の先端面がハウジング４の基準面４２に当接する。突出部５１の外周面は、ハウジング４の壁面４３と僅かの隙間を隔てて対向し、後退面５２は、ハウジング４の頂き面４４と僅かの隙間を隔てて対向する。
　突出部５１には、ハウジング４の内部空間４１と共にベーン収容空間３０を形成する凹部５３が形成されている。つまり、凹部５３の深さと内部空間４１の深さの和は、ベーン６の側面間の高さとほぼ等しい。ベーン６は、ベーン収容空間３０を第１圧力室３ａと第２圧力室３ｂとに仕切る。
　上述したように、本実施形態ではカバー５の突出部５１の先端面がハウジング４の基準面４２に当接するが、突出部５１の先端面およびハウジング４の基準面４２のうねりや表面粗さなどの影響により、それらの面の間に、ベーン収容空間３０からの作動流体の漏れ経路が形成される。
　ただし、図７に示すように、カバー５の後退面５２がハウジング４の頂き面４４に当接し、突出部５１の先端面が基準面４２と僅かの隙間を隔てて対向してもよい。しかしながら、図５に示す構造であれば、図７に示す構造に比べて、ベーン収容空間３０からの漏れ量を低減することができる。
　ベーン６は、第１ロータリアクチュエータ３Ａの回転軸３１を中心とする円柱部６１と、円柱部６１の外周面から径方向外向きに突出する板部６２を含む。上述した回転シャフト７は、円柱部６１の一方の端面から突出しており、カバー５に回転可能に支持されている。また、円柱部６１の他方の端面には、シャフト部６３が設けられており、このシャフト部６３がハウジング４に回転可能に支持されている。
　ベーン６には、板部６２および円柱部６１を取り巻く内側シール部材８Ａが装着されている。より詳しくは、板部６２の先端面６２ａには円柱部６１の軸方向に延びる直線状の溝６４が形成され、板部６２のカバー５側の側面およびカバー５と反対側の側面には円柱部６１の径方向に延びる直線状の溝６５がそれぞれ形成されている。また、円柱部６１の両端面には円形状の溝６６がそれぞれ形成され、円柱部６１には、外周面の板部６２と反対側の位置に、当該円柱部６１の軸方向に延びる幅広の溝６７が形成されている。内側シール部材８Ａは、それらの溝６４～６７内に挿入されている。
　内側シール部材８Ａにおける板部６２の先端面６２ａ上に位置する部分（正確には、溝６４に挿入される部分）には、ハウジング４の基準面４２および突出部５１の先端面と対応する位置に切り込み８１が形成されている。切り込み８１は、内側シール部材８Ａにおける板部６２の先端面６２ａ上に位置する部分を板部６２の厚さ方向に横断している。図例では、切り込み８１の断面形状が三角形状であるが、切り込み８１の断面形状は例えば半円状または矩形状であってもよい。
　カバー５の突出部５１の先端面の外周縁部には、周方向に連続する傾斜面５４が形成されている。傾斜面５４は、ハウジング４の基準面４２と壁面４３との間のコーナー部との間に断面三角形状で環状のシール溝９を形成する。つまり、シール溝９は、ハウジング４とカバー５との間に内部空間４１を取り巻くように形成されている。
　シール溝９には、外側シール部材８Ｂが挿入されている。外側シール部材８Ｂは、例えば、図５中に二点鎖線で示すように、自然状態では円形状の断面形状を有するＯリングである。ただし、外側シール部材８Ｂの自然状態での断面形状は、楕円状などのその他の形状であってもよい。
　シール溝９の断面積Ｓ１に対する外側シール部材Ｓ２の断面積の割合（Ｓ２／Ｓ１）は、９０％以上であることが望ましく、９５％以上であることがより望ましい。シール溝９の断面積Ｓ１は、傾斜面５４を基準面４２および壁面４３まで延長した線と、基準面４２および壁面４３とで囲まれる区画の面積である。外側シール部材Ｓ２の断面積は、自然状態での断面積である。
　以上説明したように、本実施形態の第１～第３ロータリアクチュエータ３Ａ～３Ｃでは、シール溝９が断面三角形状であるので、断面矩形状のシール溝と比べて、シール溝９内の外側シール部材８Ｂの充填率を大きくすることができる。これにより、ハウジング４とカバー５との間に外側シール部材８Ｂを介在させつつ、ベーン６で仕切られた第１圧力室３ａおよび第２圧力室３ｂの一方から他方へ作動流体が逃げることを抑制することができる。
　さらに、本実施形態では、ハウジング４にカバー５を取り付ける際に、ハウジング４の基準面４２と壁面４３との間のコーナー部に予め外側シール部材８Ｂを配置することができる。これにより、ハウジング４に対してカバー５を容易に取り付けることができる。
　また、本実施形態では、内側シール部材８Ａにおける板部６２の先端面６２ａ上に位置する部分に切り込み８１が形成されているので、ハウジング４の壁面４３の内部にカバー５の突出部５１を嵌め込む際に、ハウジング４の基準面４２と突出部５１の先端面との間に内側シール部材８Ａが噛み込むことを防止することができる。
　（変形例）
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　例えば、図８および図９に示すように、ハウジング４の内部空間４１の深さがベーン６の高さよりも大きく、カバー５の突出部５１が内部空間４１に嵌まり込んでもよい。この場合、カバー５の後退面５２がハウジング４の頂き面４４に当接し、カバー５の突出部５１の外周面が、内部空間４１の内周面と僅かの隙間を隔てて対向する。
　また、図８および図９に示す構成では、ハウジング４の頂き面４４の内周縁部に、周方向に連続する傾斜面４５が形成されている。傾斜面４５は、カバー５の突出部５１の外周面と後退面５２との間のコーナー部との間に断面三角形状で環状のシール溝９を形成する。つまり、シール溝９は、ハウジング４とカバー５との間に内部空間４１を取り巻くように形成されている。
　図８および図９に示す構成でも、第１実施形態と同様に、断面矩形状のシール溝と比べて、シール溝９内の外側シール部材８Ｂの充填率を大きくすることができる。これにより、ハウジング４とカバー５との間に外側シール部材８Ｂを介在させつつ、ベーン６で仕切られた第１圧力室３ａおよび第２圧力室３ｂの一方から他方へ作動流体が逃げることを抑制することができる。
　さらに、図８および図９に示す構成では、ハウジング４にカバーを取り付ける際に、カバー５の突出部５１の外周面と後退面５２との間のコーナー部に予め外側シール部材８Ｂを配置することができる。これにより、ハウジング４に対してカバー５を容易に取り付けることができる。
　ところで、断面三角形状のシール溝９は、必ずしもロータリアクチュエータの径方向に平行な面とこれに直交する面との間のコーナー部を利用して形成される必要はない。例えば、断面三角形状のシール溝は、ロータリアクチュエータの径方向に平行な面からＶ字状に窪む環状の凹部を利用して形成されてもよい。
　また、前記実施形態ならびに図８および図９に示す変形例では、ハウジング４の内部空間４１が一方向に開口していたが、ハウジング４の内部空間４１が両方向に開口しており、ハウジング４の両側にカバー５が配置されてもよい。
　さらに、図示は省略するが、図８とは逆に、カバー５がハウジング４の内部空間４１よりも大きな凹部を有し、ハウジング４がそのカバー５の凹部に嵌まり込むように構成されてもよい。
　また、本発明のロータリアクチュエータを駆動する作動流体は、必ずしも液体である必要はなく、気体であってもよい。さらに、本発明のロータリアクチュエータは、ロボット鉗子以外の様々な機器に組み込まれてもよい。
　１　　ロボット鉗子
　１１　挿入管
　２　　グリッパー
　２１，２２　爪
　３Ａ　第１ロータリアクチュエータ
　３Ｂ　第２ロータリアクチュエータ
　３Ｃ　第３ロータリアクチュエータ
　３１～３３　回転軸
　４　　ハウジング
　４１　内部空間
　４２　基準面
　４３　壁面
　４４　頂き面
　５　　カバー
　５１　突出部
　５２　後退面
　５３　凹部
　５４，５５　傾斜面
　６　　ベーン
　６１　円柱部
　６２　板部
　６２ａ　先端面
　８Ａ　内側シール部材
　８Ｂ　外側シール部材
　８１　切り込み
　９　　シール溝

Claims (9)

  1. 　ベーンが配置される内部空間を有するハウジングと、
    　前記ハウジングに取り付けられて前記内部空間を覆うカバーと、を備え、
    　前記ハウジングと前記カバーとの間には、前記内部空間を取り巻くように断面三角形状で環状のシール溝が形成されており、このシール溝内に外側シール部材が挿入されている、ロータリアクチュエータ。
  2. 　前記ハウジングは、前記内部空間の周囲に位置する基準面と、前記基準面の外周縁部から立ち上がる環状の壁面を含み、
    　前記カバーは、前記壁面の内部に嵌まり込む突出部を含み、
    　前記突出部の先端面の外周縁部には、前記基準面と前記壁面との間のコーナー部との間に前記シール溝を形成する傾斜面が形成されている、請求項１に記載のロータリアクチュエータ。
  3. 　前記突出部には、前記内部空間と共にベーン収容空間を形成する凹部が形成されている、請求項２に記載のロータリアクチュエータ。
  4. 　前記ベーンは、前記ロータリアクチュエータの回転軸を中心とする円柱部と、前記円柱部から径方向外向きに突出する板部を含み、
    　前記ベーンに装着された、前記板部および前記円柱部を取り巻く内側シール部材をさらに備え、
    　前記内側シール部材における前記板部の先端面上に位置する部分には、前記ハウジングの基準面および前記突出部の先端面と対応する位置に切り込みが形成されている、請求項３に記載のロータリアクチュエータ。
  5. 　前記突出部の先端面は、前記ハウジングの基準面に当接する、請求項２～４の何れか一項に記載のロータリアクチュエータ。
  6. 　前記カバーは、前記内部空間に嵌まり込む突出部と、前記突出部の周囲に位置する後退面を含み、
    　前記ハウジングは、前記後退面が当接する頂き面を含み、
    　前記頂き面の内周縁部には、前記突出部の外周面と前記後退面との間のコーナー部との間に前記シール溝を形成する傾斜面が形成されている、請求項１に記載のロータリアクチュエータ。
  7. 　前記シール溝の断面積に対する前記外側シール部材の断面積の割合は、９０％以上である、請求項１～６の何れか一項に記載のロータリアクチュエータ。
  8. 　挿入管と、
    　前記挿入管の先端に設けられた、互いに対向する一対の爪の一方を揺動させる第１ロータリアクチュエータおよび前記一対の爪の他方を揺動させる第２ロータリアクチュエータを含むグリッパーと、
    　前記挿入管に対して前記グリッパーを揺動させる第３ロータリアクチュエータと、を備え、
    　前記第１ロータリアクチュエータ、前記第２ロータリアクチュエータおよび前記第３ロータリアクチュエータのそれぞれが、請求項１～７の何れか一項に記載のロータリアクチュエータであり、
    　前記第１ロータリアクチュエータの回転軸と前記第２ロータリアクチュエータの回転軸が同軸上に位置し、
    　前記第３ロータリアクチュエータの回転軸が前記第１ロータリアクチュエータおよび前記第２ロータリアクチュエータの回転軸と直交する、ロボット鉗子。
  9. 　挿入管と、
    　前記挿入管の先端に設けられた、互いに対向する一対の爪の一方を揺動させる第１ロータリアクチュエータおよび前記一対の爪の他方を揺動させる第２ロータリアクチュエータを含むグリッパーと、
    　前記挿入管に対して前記グリッパーを揺動させる第３ロータリアクチュエータと、を備え、
    　前記第１ロータリアクチュエータの回転軸と前記第２ロータリアクチュエータの回転軸が同軸上に位置し、
    　前記第３ロータリアクチュエータの回転軸が前記第１ロータリアクチュエータおよび前記第２ロータリアクチュエータの回転軸と直交する、ロボット鉗子。
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