(57)【要約】  作動子の直進方向の速度と回転方向の速度との比を調整することができるアクチュエータを提供する。差動駆動機構（１１０Ａ）は、棒状の挿入部をその長軸方向に搬送すること、および挿入部を長軸周りに回転させることが可能な前部搬送ローラ（１１１２）および後部搬送ローラ（１１１３）と、挿入部に対する前部搬送ローラおよび後部搬送ローラの交差角を変更する角度変更機構とを備える。
2016185943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の作動子をその長軸方向に搬送すること、および当該作動子を長軸周りに回転させることが可能な複数の搬送ローラを備えるアクチュエータであって、
上記作動子に対する上記複数の搬送ローラの交差角を変更する角度変更機構を備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
上記作動子を、上記搬送ローラとの間で保持する保持部と、
上記作動子の太さに応じて上記搬送ローラと上記保持部との間の距離を変化させる連結部とをさらに備え、
上記角度変更機構は、上記距離に連動して上記交差角を変更することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
上記角度変更機構は、上記複数の搬送ローラの一方の先端部の間の距離が大きくなるように当該搬送ローラに対して付勢する付勢部と、
上記先端部の間の距離を、上記搬送ローラと上記保持部との間の距離に応じて制限する制限部とを備えることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
上記制限部は、互いに対向する傾斜面を有する一対の部材を含むことを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
上記一対の部材間の距離を変更するためのガイド部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
上記角度変更機構は、上記複数の搬送ローラの交差角が互いに同一となるように当該交差角を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
上記角度変更機構は、上記複数の搬送ローラの交差角が互いに異なるように当該交差角を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
上記搬送ローラの、上記作動子への押付力を制御する制御機構をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
上記搬送ローラの表面に弾性を有する摩擦材が配されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
上記摩擦材は、取り外し可能に配されていることを特徴とする請求項９に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
上記搬送ローラの表面に、上記摩擦材の幅以上の幅を有する段差が設けられていることを特徴とする請求項９または１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
上記搬送ローラを回転させる超音波モータをさらに備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
上記複数の搬送ローラを有する第１ユニットと、
上記作動子を上記搬送ローラとの間で保持する保持部を有する第２ユニットとを備え、
上記連結部は、上記第１ユニットと上記第２ユニットとの相対位置が変更可能なように当該第１ユニットおよび第２ユニットを連結することを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒状の作動子を作動させるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
手術における省力化のために、医療用ロボットの導入が盛んである。当該分野は、人間の腕の代替を主目的とした、工業用のアーム型ロボットを応用した大型・多自由度・多機能のものと、カテーテル送りなどの単純な目的に特化した単機能のものに分けられる。【０００３】
後者の例として、非特許文献１には、摩擦駆動機構を用いてカテーテルを送り・回転させるアクチュエータ（血管カテーテル挿入モジュール）が開示されている。このアクチュエータは、円筒に対して斜めに配された２つのローラの回転方向により、カテーテル等の作動子の送り・回転を制御する機構となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「摩擦駆動機構を用いた血管カテーテル挿入モジュールの提案」日本コンピュータ外科学会誌Ｖｏｌ.１５（２０１３）  Ｎｏ.２  第２２回日本コンピュータ外科学会大会特集号  ｐ.１６２−１６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら非特許文献１のアクチュエータは、作動子の直進方向の速度と回転方向の速度との比を調整することができないため、実用に与するには難点が見られる。以下、具体的に示す。【０００６】
非特許文献１では、図示されている通り、カテーテル直径に対して非常に大きな径のローラを用いており、かつ、ローラの回転軸の、カテーテル送り方向に対する交差角がπ／６と小さいため、送りに対して回転の速度の比が非常に大きい構成となっている。この構成は、よじりながら挿入するタイプのカテーテルには都合の良い構成である。【０００７】
しかし内視鏡等においては適正が異なるという問題が生じる。例えば斜視鏡等の、挿入方向に対して横向きにカメラが付いている構成の内視鏡では、送り方向については、適した速度は概ね数ｃｍ〜１ｍ／秒であるのに対して、回転方向については、適した速度は最大でも９０°／秒程度である。本明細書執筆時点で一般的である外径５ｍｍ程度の内視鏡を搬送する場合、本発明者らの計算では、上記の交差角がπ／６の場合、並進方向の速度が１０ｃｍ／秒である際に、回転方向の速度は毎秒約８回転となり、非常に高速になってしまう。このため、術部を視野中心に配する操作が極めて困難となる。【０００８】
すなわち過去事例におけるアクチュエータでは、ねじりながら挿入するタイプのカテーテルでは適切な構成であっても、内視鏡の操作には回転速度が速すぎて使いにくいという問題が有った。【０００９】
更に、外径の異なる作動子については回転速度が異なるという問題もあった。【００１０】
このため、非特許文献１のアクチュエータにおいては、用途への適正および作動子の外径によって、作動子の駆動方向に応じて上記ローラを駆動する駆動速度を逐一変更する必要が有り、制御系が複雑になるという問題があった。【００１１】
本発明は以上の課題に鑑みなされたものであり、作動子の直進方向の速度と回転方向の速度との比を簡便に調整することができるアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るアクチュエータは、棒状の作動子をその長軸方向に搬送すること、および当該作動子を長軸周りに回転させることが可能な複数の搬送ローラを備えるアクチュエータであって、上記作動子に対する上記複数の搬送ローラの交差角を変更する角度変更機構を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、作動子の直進方向の速度と回転方向の速度との比を簡便に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る医療装置の使用形態を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る挿入部搬送ユニットの外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る挿入部搬送ユニットの概略構成を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る挿入部搬送ユニットの動作の一形態を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る挿入部搬送ユニットの動作の別の一形態を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る医療装置に用いられる差動駆動機構の、ガイド上での搬送ローラの位置を示す図である。
【図７】（ａ），（ｂ）はいずれも、搬送ローラによる摩擦力の合成ベクトルを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る挿入部搬送ユニットに用いられるインホイールモータの概略構成を示す模式図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る挿入部搬送ユニットに用いられるインホイールモータに用いられる超音波振動子の概略構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る超音波振動子の一振動モードを示す模式図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る超音波振動子の別の振動モードを示す模式図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）はいずれも本発明の一実施形態に係る超音波振動子の、ローター搬送原理を示す模式図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る超音波振動子をローターに押し付ける予圧保持機構の概略を示す模式図であって、（ａ）は調整用ネジを締める前の状態、（ｂ）は調整用ネジを締めた後の状態を示す図である。
【図１４】本発明の第二の実施形態に係る医療装置に用いられる挿入部搬送ユニットの概略構成を示す模式図である。
【図１５】（ａ），（ｂ）はいずれも、搬送ローラによる摩擦力の合成ベクトルを示す図である。
【図１６】本発明の第三の実施形態に係る医療装置に用いられる挿入部搬送ユニットの機能の動作原理を示す模式図である。
【図１７】本発明の第四の実施形態に係る医療装置に用いられる挿入部搬送ユニットの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１〜１３に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
（医療装置１の概要）
図１は、本発明の実施の形態に係る医療装置１の使用形態の一例を示す模式図である。医療装置１は、硬性内視鏡２００の位置を調整する装置である。本実施形態は、本発明適用の一例として、手術台４００の上に寝ている患者５１０の腹部５１１の体腔内に硬性内視鏡２００の挿入部（シースチューブ）２０１が挿入され、挿入部２０１の先端に位置する撮像素子から得られた画像に基づき施術者５００が施術を施す状況を想定している。
【００１７】
図１において、医療装置１は、挿入部搬送ユニット１００、フレキシブルアーム（アクチュエータ固定部）１０１、スタンド（アクチュエータ固定部）１０２、手術用ポート１０３、コントローラユニット（制御装置）１３０、および硬性内視鏡２００を備えている。なお、挿入部搬送ユニット１００、およびコントローラユニット１３０の詳細については、後述する。
【００１８】
フレキシブルアーム１０１は、その一端に挿入部搬送ユニット１００を支持・固定するものであり、手で曲げることで所望の形状にすることができる。すなわち、フレキシブルアーム１０１は施術者５００の所望する位置に挿入部搬送ユニット１００を配置かつ固定するものである。
【００１９】
スタンド１０２は、フレキシブルアーム１０１の他端を固定することで、手術台４００の上に寝ている患者５１０側にフレキシブルアーム１０１を固定するものである。スタンド１０２は、手術台４００に設置（固定）される。
【００２０】
手術用ポート１０３は、医療器具を患者５１０の体腔内に挿入するための貫通口を有する医療器具であり、患者５１０の腹部５１１表面に配置される。なお、手術用ポート１０３の使用は術式によっては必須ではなく、本実施形態の必須の構成要素ではない。
【００２１】
本実施形態では、医療器具の一例として、円柱形（棒状）の挿入部２０１を有する硬性内視鏡２００を使用しているが、これに限定されるものではない。硬性内視鏡２００の代わりに、患者５１０の体内に医療器具を挿入するための棒状（柱状）の挿入部を有する医療器具を使用することができる。例えば、柱状の挿入部の先端に鉗子等の手術器具が設けられたもの、または、挿入部を兼ねる柱状のカテーテル等を医療器具として使用することができる。本発明ではこれらを総称する場合、作動子と称する。
【００２２】
（挿入部搬送ユニット１００の構成）
図２は、挿入部搬送ユニット１００の概略構成を示す斜視図である。図２に示すように、挿入部搬送ユニット１００は、アクチュエータ保持部（アクチュエータ固定部）１０９および差動駆動機構（アクチュエータ、摩擦駆動アクチュエータ）１１０を備える。差動駆動機構１１０は、棒状の挿入部（作動子）２０１をその長軸方向に搬送すること、および挿入部２０１を長軸周りに回転させることが可能な複数の搬送ローラ（前部搬送ローラ１１１２、後部搬送ローラ１１１３）を備える。
【００２３】
アクチュエータ保持部１０９は、差動駆動機構１１０を保持する中空の筐体であり、その側面にはフレキシブルアーム１０１（図１参照）の一端が固定されている。アクチュエータ保持部１０９、フレキシブルアーム１０１、およびスタンド１０２は、差動駆動機構１１０を手術部位の近傍に固定するためのアクチュエータ固定部を構成する。
【００２４】
なお、後述するスプリング１１１ａおよびガイド（制限部）１１３０・１１３１は、図面を見やすくするために図２においては省略されている。
【００２５】
（差動駆動機構１１０Ａの構成）
図３は、図２に示した差動駆動機構１１０の一例である差動駆動機構１１０Ａの概略構成を示す斜視図である。図３に示すように、差動駆動機構１１０Ａは、上部筐体ユニット（第１ユニット）１１１、下部筐体ユニット（第２ユニット）１１２、連結部１１７および予圧用バネ（復元部）１１６を備える。
【００２６】
上部筐体ユニット１１１は、前部アーム１１１０、後部アーム１１１１およびスプリング（付勢部）１１１ａを備える。前部アーム１１１０および後部アーム１１１１は、下部筐体ユニット１１２への接続部１１１０ａ・１１１１ａを軸として回転可能に構成されている。
【００２７】
前部アーム１１１０は、前部搬送ローラ１１１２、当該前部搬送ローラ１１１２を駆動する前部インホイールモータ（超音波アクチュエータ、超音波モータ）１１１４およびゴムローラー１１１６を備える。後部アーム１１１１は、後部搬送ローラ１１１３、当該後部搬送ローラ１１１３を駆動する後部インホイールモータ（超音波アクチュエータ、超音波モータ）１１１５およびゴムローラー１１１７を備える。
【００２８】
ゴムローラー１１１６・１１１７は、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３の表面に配された、弾性を有する摩擦材である。このため、挿入部２０１と搬送ローラとの間の摩擦力が高まり、搬送ローラが空回りすることを防止できる。
【００２９】
また、ゴムローラー１１１６・１１１７は、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３から取り外し可能に配されている。このため、ゴムローラー１１１６・１１１７が損傷または汚れた場合に容易に交換できる。このため、高温での殺菌を行えない材質の摩擦材であっても使用することができる。
【００３０】
具体的には、ゴムローラー１１１６・１１１７は、挿入部２０１の長軸に略平行な切れ込みを有していてもよい。または、前部インホイールモータ１１１４および後部インホイールモータ１１１５を、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３から取り外した状態で、ゴムローラー１１１６・１１１７を引き抜けるように構成してもよい。
【００３１】
前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３の表面には、それぞれゴムローラー１１１６・１１１７の幅以上の幅を有する凹状の段差が設けられている。このため、挿入部２０１との摩擦によりゴムローラー１１１６・１１１７の位置が大幅にずれることを、接着剤などを用いることなく防止できる。
【００３２】
スプリング１１１ａは、両端がそれぞれ前部アーム１１１０と後部アーム１１１１とに接続されているバネであり、前部アーム１１１０と後部アーム１１１１とを互いに遠ざけるように構成されている。
【００３３】
下部筐体ユニット１１２は、４つのボールベアリング（保持部、摺動体）１１５と、ガイド（制限部）１１３０・１１３１とを備える。
【００３４】
ボールベアリング１１５は、挿入部２０１を前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３との間で保持する。
【００３５】
ガイド１１３０・１１３１は、上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２とが閉じる過程において、前部インホイールモータ１１１４および後部インホイールモータ１１１５を案内する一対の部材である。これらガイド１１３０・１１３１は、上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２とが閉じた状態において、前部インホイールモータ１１１４および後部インホイールモータ１１１５が当接する下部筐体ユニット１１２の端面１１２ａに配されている。
【００３６】
ガイド１１３０・１１３１は、上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２とが閉じる過程において前部インホイールモータ１１１４および後部インホイールモータ１１１５と接触する傾斜面１１３０ａ・１１３１ａを有している。傾斜面１１３０ａ・１１３１ａは、互いに対向する位置に配されており、傾斜面１１３０ａと傾斜面１１３１ａとの間の距離は、端面１１２ａに近づくほど小さくなっている。
【００３７】
そのため、上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２との距離が近接するにつれて、前部インホイールモータ１１１４および後部インホイールモータ１１１５が傾斜面１１３０ａ・１１３１ａにより案内されることで、前部インホイールモータ１１１４と後部インホイールモータ１１１５との間の距離が縮まり、その結果、前部搬送ローラ１１１２と後部搬送ローラ１１１３とがなす角度が小さくなる。
【００３８】
連結部１１７は、上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２との相対位置が変更可能なように当該第１および第２ユニットを連結する蝶番としての機能を有する部材である。連結部１１７によって連結されている、上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２との距離は、挿入部２０１の太さに応じて変化する。すなわち、連結部１１７は、挿入部２０１の太さに応じて前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３と、ボールベアリング１１５との距離を変化させる。
【００３９】
予圧用バネ１１６は、上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２とが互いに閉じられる方向に復元力を及ぼす。上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２とは、互いに閉じられた時、環状の筐体を構成する。
【００４０】
上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２とが互いに閉じられたとき、予圧用バネ１１６の復元力によって、前部搬送ローラ１１１２におけるゴムローラー１１１６、後部搬送ローラ１１１３におけるゴムローラー１１１７、および４つのボールベアリング１１５が挿入部２０１の側面に押し付けられる。以下では記述の簡略のため、特に記載のない限り、ゴムローラー部も含め、搬送ローラと称する。
【００４１】
上記搬送ローラは、図示されないベアリングを介して回転可能なように各アームに配されている。上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２とは、開閉可能に結合されている。差動駆動機構１１０は、アクチュエータ保持部１０９によって体腔内の手術部位に対する位置が固定された状態で、硬性内視鏡２００の挿入部２０１を並進および回転方向に搬送するものである。上記並進方向とは、挿入部２０１の長軸方向に平行な方向であり、上記回転方向とは、挿入部２０１の長軸周りの回転方向である。なお、硬性内視鏡２００はグリップ部と挿入部２０１とからなり、挿入部２０１は円筒形である。
【００４２】
上述の構成により、硬性内視鏡２００の挿入部２０１は、前部搬送ローラ１１１２、後部搬送ローラ１１１３および２つのボールベアリング１１５によって、挿入部２０１の軸方向に垂直な方向が拘束される（図２）。
【００４３】
一方、上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２とが互いに開かれたとき、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３とボールベアリング１１５との距離が離れるので、挿入部２０１は、差動駆動機構１１０から解放される。このようにして、硬性内視鏡２００を挿入部搬送ユニット１００から取り外し、単体で洗浄などを行うことが可能である。
【００４４】
ここで、ボールベアリング１１５は、挿入部２０１の側面にそれぞれ点接触する。したがって、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３に加え、ボールベアリング１１５は２つ用いれば十分であるが、ここでは挿入部２０１の動作の位置調整を勘案し、４つのボールベアリングを用いている。または、さらに多くのボールベアリングを用いてもよい。
【００４５】
（挿入部２０１の駆動原理）
図４および図５は、それぞれ挿入部搬送ユニット１００の動作の一形態を示す図である。本実施形態において、挿入部２０１の並進および回転動作は、特許文献１の発明と同様に、差動駆動により実現する。すなわち図４に示されるように、双方の搬送ローラが同一方向に回転すると、挿入部２０１に加わる摩擦力の合力は挿入部２０１を並進方向に搬送する。また、図５に示されるように双方の搬送ローラが逆方向に回転すると、挿入部２０１に加わる摩擦力の合力は挿入部２０１を回転方向に搬送する。
【００４６】
この際、搬送ローラの径をφ、交差角をθ、搬送ローラの回転速度をω、挿入部２０１の径をＤとすると、
同一方向回転の際の送り速度
ｖｔｒａｎｓ=π＊φ＊ω＊ｃｏｓ（θ）
逆方向回転の際の回転速度
ｖｒｏｔ=φ＊ω＊ｓｉｎ（θ）／Ｄ
である。交差角θとは、搬送ローラの回転軸と、挿入部２０１の長軸の法線との間の角度である。
【００４７】
本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ａは、挿入部２０１に対する前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３の交差角を変更する角度変更機構を備える。
【００４８】
本実施形態に係る角度変更機構は、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３の一方の先端部の間の距離が大きくなるように前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３に対して付勢するスプリング１１１ａと、上記先端部の間の距離を、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３とボールベアリング１１５との間の距離に応じて制限するガイド１１３０・１１３１とを備える。
【００４９】
角度変更機構は、連結部１１７により変化した、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３と、ボールベアリング１１５との距離に連動して交差角θを変更する。また、角度変更機構は、前部搬送ローラ１１１２による交差角θと、後部搬送ローラ１１１３による交差角θとが、互いに同一となるように当該交差角を変更する。
【００５０】
（角度変更機構の作用）
図６は、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３の、傾斜面１１３０ａ・１１３１ａ上での位置を示す図である。図６では、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３が傾斜面１１３０ａ・１１３１ａと接する構成が示されているが、前部インホイールモータ１１１４および後部インホイールモータ１１１５が傾斜面１１３０ａ・１１３１ａと接する構成としてもよい。
【００５１】
本実施形態では、挿入部２０１の長軸に垂直な平面を基準平面として対象となる位置に、傾斜面１１３０ａ・１１３１ａが配置されている。このため、前部インホイールモータ１１１４および後部インホイールモータ１１１５（または前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３のインホイールモータ側の端部）は、上記基準平面を基準として対称になるように案内される。
【００５２】
挿入部２０１の外径が大きい場合、上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２とが離隔する。このため、前部インホイールモータ１１１４および後部インホイールモータ１１１５は、端面１１２ａから遠ざかることになり、傾斜面１１３０ａ・１１３１ａの間隔が広い位置に前部インホイールモータ１１１４および後部インホイールモータ１１１５（または上記端部）が位置するようになる。このとき、スプリング１１１ａの作用により、前部インホイールモータ１１１４と後部インホイールモータ１１１５とは、互いに遠ざかる方向に付勢され、前部搬送ローラ１１１２と後部搬送ローラ１１１３とがなす角度が大きくなる。その結果、挿入部２０１の長軸の法線と、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３との交差角θ（図４参照）は大きくなる。
【００５３】
一方、挿入部２０１の外径が小さい場合、上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２とが近接する。このため、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３がそれぞれ、ガイド１１３０・１１３１により案内されることで、前部アーム１１１０と後部アーム１１１１とは互いに近接するようになる。この時、交差角θは小さくなる。
【００５４】
図７の（ａ），（ｂ）は、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３の回転により生じる摩擦力の、挿入部２０１を回転させる方向への合成ベクトルを示す図である。
【００５５】
交差角θが大きい場合、図７の（ａ）に示されるように、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３の回転により生じる摩擦力の、挿入部２０１を回転させる方向への合成ベクトルが大きくなる。そのため、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３を所定の速度で回転させた場合、挿入部２０１の回転速度は速くなる。
【００５６】
差動駆動機構１１０Ａにおいては、挿入部２０１の外径が大きい場合には、交差角θが自動的に大きく設定される。したがって、挿入部２０１の外径が大きい場合には、挿入部２０１の回転速度が速まることになる。
【００５７】
一方、交差角θが小さい場合、図７の（ｂ）に示されるように、上記摩擦力の、挿入部２０１を回転させる方向への合成ベクトルが小さくなるため、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３を所定の速度で回転させた場合、挿入部２０１の回転速度は遅くなる。
【００５８】
差動駆動機構１１０Ａにおいては、挿入部２０１の外径が小さい場合には、交差角θが自動的に小さく設定される。したがって、挿入部２０１の外径が小さい場合には、挿入部２０１の回転速度が遅くなることになる。
【００５９】
挿入部２０１の外径と、交差角θとの関係は、ガイド１１３０・１１３１の間隔および形状、特に傾斜面の端面１１２ａに対する傾斜角度によって適宜設定することができる。
【００６０】
なお、スプリング１１１ａによる力が、予圧用バネ１１６による力より大きい場合、前部アーム１１１０および後部アーム１１１１は、ガイド１１３０・１１３１に案内されて挿入部２０１から浮き上がる虞がある。このため、スプリング１１１ａによる力は、予圧用バネ１１６による力より小さいことが好ましい。
【００６１】
（インホイールモータ）
（全体構成）
図８は、前部インホイールモータ１１１４の構成を示す図である。なお、後部インホイールモータ１１１５の構成については、前部インホイールモータ１１１４と同様の構成であるため、図面を用いた説明はしない。
【００６２】
図８および図３に示すように、前部インホイールモータ１１１４は、超音波振動子１２と、パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１と、ハウジング１６と、モーターカバー１１１８とを備える。後部インホイールモータ１１１５は、モーターカバー１１１８の代わりにモーターカバー１１１９を備える。
【００６３】
前部インホイールモータ１１１４および後部インホイールモータ１１１５は、先端が楕円運動を行うことにより、ハウジング（ローター）１６を搬送する機能を有する超音波振動子１２が、２組のパンタグラフ型予圧機構１５０・１５１によりハウジング１６に押し付けられるように構成されている。
【００６４】
２組のパンタグラフ型予圧機構１５０・１５１は、超音波振動子１２をその振動の節で保持し、超音波振動子１２をハウジング１６に押し付けるための圧力を発生させる。これらパンタグラフ型予圧機構１５０・１５１は、モーターカバー１１１８（もしくはモーターカバー１１１９）に固定されており、モーターカバー１１１８（もしくはモーターカバー１１１９）は前部アーム１１１０（もしくは後部アーム１１１１）に固定されている。
【００６５】
ハウジング１６は前部アーム１１１０（もしくは後部アーム１１１１）に対して回転可能に保持されているため、超音波振動子１２がハウジング１６におよぼす摩擦力により、前部アーム１１１０および後部アーム１１１１に対してハウジング１６が回転する構成である。
【００６６】
（超音波振動子１２の主要な構成）
本実施形態に係る挿入部搬送ユニット１００において用いられる超音波振動子１２の代表的な構成と機能について、図９〜図１２を用いて説明する。図９は、超音波振動子１２の概略構成を示す模式図である。図１０および図１１は、超音波振動子１２の振動モードを示す模式図である。図１２は、超音波振動子１２がハウジング（兼ローター）１６を回転させる原理を示す模式図である。
【００６７】
図９に示されるように、超音波振動子１２は、振動板１２１１と、上部ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛、Lead Zirconate Titanate）素子１２１２と、下部ＰＺＴ素子１２１３と、上部電極１２１６と、下部電極１２１７とを備える。
【００６８】
超音波振動子１２は、略矩形たる振動板１２１１の両面に、矩形の上部ＰＺＴ素子１２１２および矩形の下部ＰＺＴ素子１２１３を配してなる。上部ＰＺＴ素子１２１２は振動板１２１１の反対側の面に４分割された上部電極１２１６を、下部ＰＺＴ素子１２１３は振動板１２１１の反対側の面に同じく４分割された下部電極１２１７を配してなる。上部ＰＺＴ素子１２１２および下部ＰＺＴ素子１２１３は、それぞれ振動板１２１１に向かう方向に平行に分極されており、この方向の電界に対して圧電効果により変形を生じる。
【００６９】
略矩形である振動板１２１１が有する短辺のうち１つに、ハウジング１６と接触する接触部（先端部）１２１５が設けられている。
【００７０】
また、超音波振動子１２は、超音波振動子１２に励起される定在波振動の節に形成された突起である保持部１２１４を有する。具体的には、保持部１２１４は、振動板１２１１が有する２つの長辺の中央にそれぞれ設けられている。また、保持部１２１４には、孔部１２１４ａが設けられている。
【００７１】
本実施の形態においては、超音波振動子１２の振動板１２１１の矩形部のサイズは、長さ９ｍｍ、幅２ｍｍ、上下ＰＺＴ素子のサイズは長さ８ｍｍ、幅２ｍｍである。厚さは何れも０．２ｍｍである。振動板１２１１はステンレス製、ＰＺＴ素子は一般にハード系のチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ・Ｚｒ）Ｏ３）と称される材料である。但し、これらの構成については、あくまで本発明者らが実験に用いた構成の例示であり、本発明の権利範囲を絞るものではない。本発明は、予圧により摩擦力を得て回転する超音波モータ、アクチュエータ全般に適用されるべきものである。
【００７２】
（駆動原理）
超音波振動子１２は、縦方向１次振動モード（以下、伸縮振動と称する）と、たわみ（屈曲）３次振動モード（以下、屈曲振動と称する）との２種類の振動モードを有する。本実施の形態では伸縮振動および屈曲振動における共振周波数は２４０ｋＨｚと一致している。もちろんこれらの数値は上記の形状におけるものであり、設計事項により変化するが本発明の適用の是非を左右するものではない点に留意すべきである。
【００７３】
上記した２種類の振動モードにおいて励起される振動は、節の位置が変化しない定在波振動である。上述のように、保持部１２１４は、超音波振動子１２に励起される定在波振動の節に対応する箇所に位置している。
【００７４】
上記伸縮振動は上述の４分割電極に全て同一の電圧を加えた場合に、上記屈曲振動は上述の４分割電極の対角線上の電極に同一の、隣接する電極に正負逆転させた電圧を加えた場合に励振される。
【００７５】
本実施の形態では、対角線上にある電極は互いに短絡されており、隣接する電極は絶縁されている。以後、この絶縁された電極に加わる電圧をφＡ、φＢと記す。φＡ、φＢに同相の２４０ｋＨｚの交流を加えると図１０に示される伸縮振動が励振され、逆相であれば、図１１に示される屈曲振動が励振される。
【００７６】
従って、伸縮振動に対して屈曲振動を±９０°ずらして励振させると、伸縮振動と屈曲振動とが、位相が±９０°ずれて合成された振動が励振される。その結果、図１２の（ａ），（ｂ）に示すように、超音波振動子の接触部１２１５は楕円運動を行う。
【００７７】
なお、ここでは説明の簡便のため４分割電極を有する矩形振動子を駆動する手法を記載したが、本発明の主眼は内接駆動する摩擦駆動モータを採用している点にあるので、駆動方法はこれに限るものではない。例えば、φＡ、φＢを正弦波としたが、これに限るものではなく、方形波やのこぎり波でも可である。また、波形生成の簡便さから上記位相のずれを±９０°としたが、本質的には上記楕円運動が発生すれば搬送は可能であるので、上記位相のずれはこの限りではない。更に、駆動周波数により異なる振動モードを立たせる等の方法によって、単一相であっても双方向への搬送を可能にする手法も有る。これらの派生形についても本発明への適用が可能である。
【００７８】
（モーターカバー）
モーターカバー１１１８・１１１９は、パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１を支える土台であるとともに、血液などの汚染物質から超音波振動子１２を保護する役割を有する。
【００７９】
また、モーターカバー１１１８・１１１９には、パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１の伸縮を調整するための調整用ネジ１５１４を挿入するための、図示されない調整用穴が設けられている。
【００８０】
（ハウジング１６）
ハウジング１６は、それ自体がローターであるとともに、血液などの汚染物質から超音波振動子１２を保護する役割を有する。
【００８１】
ハウジング１６は超音波振動子１２による摩擦力を受けるため、摩耗の少ない材質が望ましい。本発明者らの検討では、例えば高周波焼入れを行ったスチールや、ドライカーボンの採用が有効である。
【００８２】
また、ハウジング１６に、超音波振動子１２の接触部１２１５が接触する位置を制限するガイド溝１６０５（図１３参照）が設けられている。このため、超音波振動子１２は、ハウジング１６を安定的に回転させることができる。
【００８３】
（パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１）
図１３の（ａ）および（ｂ）は、パンタグラフ型予圧機構１５０の概略を示す模式図である。これらの図に示すように、パンタグラフ型予圧機構１５０は、略への字型の金具１５０１・１５０２、調整用ネジ（調整部材）１５１４およびガイドローラー（滑り受け部）１５１６を備える。
【００８４】
金具１５０１・１５０２は、それぞれアーム１５０１ａ・１５０１ｂ、アーム１５０２ａ・１５０２ｂを有する。アーム１５０１ａとアーム１５０２ａとは対をなしており、アーム１５０１ｂとアーム１５０２ｂとも対をなしている。このようにパンタグラフ型予圧機構１５０・１５１は、二対のアームを備えている。対をなすアーム１５０１ａおよびアーム１５０２ａの一方の端部は、互いに角度をなして超音波振動子１２に接続されており、パンタグラフ型予圧機構１５０は、アーム１５０１ａおよびアーム１５０２ａが上記端部においてなす角度αを調整することによって、超音波振動子１２をハウジング１６に押し付ける圧力を調整するように構成される。
【００８５】
アーム１５０１ｂおよびアーム１５０２ｂの端部は、ガイドピン１５１７（図８参照）によってガイドローラー１５１６と接続されている。
【００８６】
また、パンタグラフ型予圧機構１５１の構成は、パンタグラフ型予圧機構１５０と同様である。なお、パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１は、一対のアームを備えるシングルアーム型のパンタグラフであってもよい。
【００８７】
本実施の形態では、向かい合わせの金具１５０１・１５０２を調整用ネジ１５１４で締めあげることで、パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１のパンタグラフを伸縮させる機構を採用している。図１３に示すように、調整用ネジ１５１４は、モーターカバー１１１８・１１１９に形成された調節用穴に挿入されており、かつ調整用ネジ１５１４の頭（調整用ネジ１５１４の一部）は、モーターカバー１１１８・１１１９の外側表面に露出されている。
【００８８】
また、パンタグラフ型予圧機構１５０、１５１は、超音波振動子１２の振動の節に形成された保持部１２１４と接続されている。
【００８９】
具体的には、保持部１２１４には、孔部１２１４ａ（図９参照）が設けられている。この孔部１２１４ａと、パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１の一端に設けられた孔(図示せず)とが、ガイドピン１５１８（図８参照）により接続される。ガイドピン１５１８は、超音波振動子１２を保持部１２１４と接続するためのピンである。
【００９０】
また、上述した通り、保持部１２１４は、振動板１２１１が有する２つの長辺の中央にそれぞれ設けられている。すなわち、保持部１２１４は、超音波振動子１２の長軸を対象として左右対称の位置に形成されており、パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１は、一対の保持部１２１４のそれぞれと接続される。
【００９１】
これらの構成により、パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１は、超音波振動子１２を安定的に保持できる。
【００９２】
パンタグラフ型予圧機構１５０の一端は、上述した通り、ガイドピン１５１８により、超音波振動子１２の保持部１２１４の孔部と接続されている。また、パンタグラフ型予圧機構１５０の他端には、ハウジング１６の内面と接触するガイドローラー１５１６が設けられており、ハウジング１６を滑らかに保持している。
【００９３】
このようにパンタグラフ型予圧機構１５０・１５１が、それぞれの一端で超音波振動子１２の保持部１２１４を、他端でガイドローラーによりハウジング１６を抑えている。このガイドローラー２箇所と超音波振動子１２の接触部１２１５との計３点により、ハウジング１６は内側から保持され回転する。
【００９４】
この時、上述した通り、保持部１２１４は、超音波振動子１２に励起される定在波振動の節に対応する箇所に位置する。したがって、パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１は、超音波振動子１２の振動を阻害することなく保持することができる。
【００９５】
また、金具１５０１はモーターカバー１１１８に接着剤または図示しないネジおよびネジ穴などにより接着されている。また、モーターカバー１１１８および金具１５０１には貫通穴が、金具１５０２にはネジ穴が設けられており、調整用ネジ１５１４のネジが切られた部位は、金具１５０２においてのみ噛合い半固定されている。
【００９６】
図１３の（ａ）から（ｂ）への変化に示されるように、調整用ネジ１５１４を締めることで、パンタグラフ型予圧機構１５０は左右に広がるように変形する。すなわち、パンタグラフ型予圧機構１５０は、超音波振動子１２とガイドローラー１５１６とを離隔させるように変形する。実際には、この距離はほぼ固定されているため、調整用ネジ１５１４を締めあげると、金具１５０１・１５０２の弾性変形を通じて、超音波振動子１２の接触部１２１５がハウジング１６に押し付けられる。
【００９７】
具体的には、パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１は、超音波振動子１２の振動の節（保持部１２１４）と、ガイドローラー１５１６との間の距離を広げる方向の力を発生させることによって超音波振動子１２をハウジング１６に押し付ける圧力を調整する。
【００９８】
また、超音波振動子１２の振動の節と、ガイドローラー１５１６との間の距離を、パンタグラフ型予圧機構１５０とパンタグラフ型予圧機構１５１とで異ならせることで、接触部１２１５がハウジング１６に押し付けられる接触角を調整することもできる。
【００９９】
パンタグラフ型予圧機構１５０、１５１の形状は、予圧調整という目的を逸脱しない限り限定されるものではないが、製造・調整の簡便さを考慮することが望ましい。
【０１００】
（コントローラユニット１３０の構成）
図１に示すように、コントローラユニット１３０は、指示入力部１３１、駆動信号生成部（電圧供給部、動作指示部）１３２、およびこれらに電力を供給するバッテリー１３３を備える。コントローラユニット１３０は、スタンド１０２およびフレキシブルアーム１０１を経由するケーブルによって、挿入部搬送ユニット１００と着脱可能に接続されている。
【０１０１】
指示入力部１３１は、操作者（ユーザ）の指示を入力するための入力装置であり、例えばジョイスティック等の入力装置である。例えば、操作者は、ジョイスティックを手動によって前後左右に傾斜させることで、硬性内視鏡２００の挿入部２０１を搬送（並進または回転）する指示を入力する。指示入力部１３１は、入力された操作者の指示を駆動信号生成部１３２に出力する。入力された操作者の指示は、例えば挿入部２０１の移動方向および移動速度を指定するものである。
【０１０２】
駆動信号生成部１３２は、入力された操作者の指示に基づいて、上部ＰＺＴ素子１２１２および下部ＰＺＴ素子１２１３に所望の振動を励起させるための駆動信号を生成し、該圧電素子に印加するものである。駆動信号は交代電圧である。駆動信号生成部１３２は、移動方向に応じて２つの駆動信号の位相差を決定する。駆動信号生成部１３２は、移動速度に応じて駆動信号の電圧の振幅または駆動信号のデューティ比を決定する。
【０１０３】
上述のように、４分割電極に全て同一の電圧を加えることにより伸縮振動が起こり、４分割電極の対角線上の電極に同一の、隣接する電極に正負逆転させた電圧を加えた場合に屈曲振動が起こる。入力された操作者の指示に応じて、伸縮振動と屈曲振動との組み合わせによって生じる接触部１２１５の楕円運動の方向を変化させることによって、前部インホイールモータ１１１４および後部インホイールモータ１１１５の回転方向が変化する。
【０１０４】
駆動信号生成部１３２は、各インホイールモータが有する４分割電極に供給する駆動信号を操作者の指示に基づいて変化させることにより、各インホイールモータの回転方向を変化させ、操作者の指示に応じた挿入部２０１の並進および回転を実現する。
【０１０５】
（差動駆動機構１１０Ａの効果）
本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ａによれば、適切なガイド１１３０・１１３１の形状設定により、挿入部２０１の外径に応じた適切な交差角が自動的に設定される。これにより、挿入部２０１の外径に応じた適切な回転速度が自動的に設定される。
【０１０６】
また、差動駆動機構１１０Ａによれば、前部搬送ローラ１１１２による交差角と、後部搬送ローラ１１１３による交差角とが等しいため、挿入部２０１の並進運動または回転運動のうち、いずれか所望の運動を択一的に実行させることができる。
【０１０７】
さらに、差動駆動機構１１０Ａによれば、並進および回転のいずれの駆動方向に関わりなくモータの回転速度とトルクとの適切な組み合わせでの駆動を実現することが出来る。一般的にモータの回転速度とトルクとは逆相関の関係に有り、特にこれが線形であるＤＣモータまたはステッピングモータでは、最もパワーが出る、または最も電力効率のよい回転速度とトルクとの組み合わせで駆動するのが望ましい。
【０１０８】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図１４および図１５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１０９】
本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ｂは、上述した差動駆動機構１１０Ａの構成に加えて、レーン（ガイド部）１１３２を備えている。ガイド１１３０・１１３１は、レーン１１３２上を移動可能に構成されている。当該構成により、前部搬送ローラ１１１２と、後部搬送ローラ１１１３とで、交差角θを異ならせることができる。
【０１１０】
（全体構成）
図１４は、本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ｂの概略を示す図である。
【０１１１】
図１４に示されるように、差動駆動機構１１０Ｂは、上部筐体ユニット１１１、下部筐体ユニット１１２、連結部１１７および予圧用バネ（復元部）１１６を備える。
【０１１２】
下部筐体ユニット１１２は、４つのボールベアリング（摺動体）１１５と、ガイド１１３０・１１３１と、レーン１１３２とを備える。レーン１１３２は、ガイド１１３０・１１３１間の距離を変更するための溝である。レーン１１３２は、端面１１２ａに形成されており、挿入部２０１が差動駆動機構１１０Ｂに装着された場合に挿入部２０１の長軸と平行になるように形成されている。
【０１１３】
ガイド１１３０・１１３１およびレーン１１３２によって、上記交差角を変更する角度変更機構の主要部分が構成されている。ガイド１１３０・１１３１をレーン１１３２に沿って移動させることで、前部搬送ローラ１１１２の交差角と、後部搬送ローラ１１１３の交差角とが互いに異なるように当該交差角を変更することができる。
【０１１４】
（角度変更機構の作用）
図１５の（ａ），（ｂ）は、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３が図５に示すように回転した場合の、摩擦力の合成ベクトルを示す図である。ここで、図１５の（ａ）は、前部搬送ローラ１１１２の交差角θ１と後部搬送ローラ１１１３の交差角θ２とが同じ場合の図であり、図１５の（ｂ）は、交差角θ１と交差角θ２とが互いに異なっている場合の図である。
【０１１５】
以下では、交差角θ１と交差角θ２とが同じ場合を交差角が対称であると称し、交差角θ１と交差角θ２とが互いに異なっている場合を交差角が非対称であると称する。
【０１１６】
交差角が対称である場合には、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３が図５に示すように互いに異なる方向に回転した場合、図１５の（ａ）に示すように、挿入部２０１と前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３との間で生じる摩擦力の合成ベクトルは、挿入部２０１の長軸に垂直な方向、すなわち挿入部２０１を回転させる方向となり、挿入部２０１は、長軸の周りで回転する。
【０１１７】
一方、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３が図４に示すように互いに同じ方向に回転した場合、上記合成ベクトルは、挿入部２０１の長軸に平行な方向、すなわち挿入部２０１を並進させる方向となり、挿入部２０１は、長軸に平行な方向に並進する。
【０１１８】
すなわち、交差角が対称である場合、挿入部２０１は、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３の回転方向に応じて、回転または並進の、いずれか一方の運動のみを行う。
【０１１９】
これに対して、本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ｂでは、上述したように、ガイド１１３０・１１３１を、レーン１１３２に沿って個別に移動させることで、交差角を非対称にすることができる。
【０１２０】
交差角が非対称な状態で、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３が図５に示すように互いに異なる方向に回転した場合、図１５の（ｂ）に示すように、挿入部２０１と前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３との間で生じる摩擦力の合成ベクトルは、挿入部２０１の長軸およびその法線の両方に対して斜めの方向である。すなわち、上記合成ベクトルは、上記長軸に対して垂直な成分と水平な成分との両方を有する。この場合、挿入部２０１は、回転および並進の、両方の運動を同時に行う。
【０１２１】
したがって、挿入部２０１を一定速度での回転を行いつつ挿入するような場合においては、所望の回転速度と並進速度との比率を得られるように、予めガイド１１３０・１１３１の位置を決めておけばよい。そうすれば、施術者は、挿入部２０１の挿入に当たり、回転および並進の双方の運動を指示調整すること無く、挿入部２０１の挿入動作を簡便に行うことが出来る。そのような挿入部２０１の一例として、血栓除去用カテーテルが挙げられる。
【０１２２】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図１６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１２３】
図１６は、本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ｃを示す図である。図１６に示すように、本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ｃは、差動駆動機構１１０の構成に加えて、挿入部２０１が並進および回転する速度を検出する挿入部運動検出センサ３００１を備えている。この構成により、それぞれの搬送ローラと挿入部２０１との間の摩擦係数に差異が生じ、挿入部２０１の並進速度および回転速度が想定される速度と異なった場合に、搬送ローラの回転速度を補正し、挿入部２０１の意図せぬ運動を低減することができる。
【０１２４】
具体的には、挿入部運動検出センサ３００１は、パソコン制御用の光学マウス等によって技術がすでに確立している光学的な移動検出手段、または磁気的検出手法などの非接触な計測手法を用いたものである。
【０１２５】
光学的な移動検出手段を用いる場合、例えば、挿入部運動検出センサ３００１は撮像素子を備え、挿入部２０１の表面の画像を十分に短い所定の周期で取得する。挿入部運動検出センサ３００１は、連続する画像内の一致する領域から、当該画像間での挿入部２０１の移動量を読み取り、当該移動量と上記周期とから、挿入部２０１の移動速度を算出する。
【０１２６】
一般に、差動駆動機構では、２つの搬送ローラの摩擦係数が同一であることを前提に、これらの回転速度が設定されている。しかし、血液などの汚れが挿入部に付着することで、２つの搬送ローラの摩擦係数に差異が生じることが考えられる。
【０１２７】
このため、本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ｃのコントローラユニット１０４は、挿入部運動検出センサ３００１により挿入部２０１の並進速度および回転速度を監視し、予定されている運動と挿入部２０１の実際の運動とが異なる場合に、ローラ回転速度の補正を行う。そのため、より安全な施術が可能となる。
【０１２８】
例えば図５における配置により、挿入部２０１を矢印の方向に回転させる運動を行った際に、挿入部２０１に、図５の上方へ向かう意図せぬ並進運動が検出された場合、後部搬送ローラ１１１３が挿入部２０１を搬送する速度が、前部搬送ローラ１１１２が挿入部２０１を搬送する速度より大きいと考えられる。このため、後部搬送ローラ１１１３の回転速度を下げる、または前部搬送ローラ１１１２の回転速度を上げることで、上記の意図せぬ並進運動を低減することが出来る。
【０１２９】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図１７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１３０】
図１７は、本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ｄを示す図である。図１７に示すように、本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ｄは、差動駆動機構１１０Ｃの構成に加えて、前部アーム１１１０および後部アーム１１１１が挿入部２０１に押し付けられる力を調整する押付力調整機構３００２・３００３を備えている。この構成により、それぞれの搬送ローラと挿入部２０１との間の摩擦係数に差異が生じ、挿入部２０１の並進速度および回転速度が想定される速度と異なった場合に、挿入部２０１へのそれぞれの搬送ローラの押付力を補正し、挿入部２０１の意図せぬ運動を低減することができる。
【０１３１】
一般に、差動駆動機構では、２つの搬送ローラの摩擦係数が同一であることを前提に、これらの回転速度が設定されている。しかし、血液などの汚れが挿入部に付着することで、２つの搬送ローラの摩擦係数に差異が生じることが考えられる。
【０１３２】
このため、本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ｄのコントローラユニット１０４は、挿入部運動検出センサ３００１により挿入部２０１の並進速度および回転速度を監視し、予定されている運動と挿入部２０１の実際の運動が異なる際に、押付力調整機構３００２・３００３により前部アーム１１１０および後部アーム１１１１の押付力の補正を行うことで、より安全な施術を可能とする。
【０１３３】
押付力調整機構３００２・３００３は、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３の、挿入部２０１への押付力を制御する制御機構である。具体的には、押付力調整機構３００２・３００３は、ゼンマイとモータとを含む。ゼンマイの中央の端にモータが接続され、外周の端には前部アーム１１１０または後部アーム１１１１が接続される。
【０１３４】
モータを回転させると、回転方向に応じて、前部アーム１１１０または後部アーム１１１１と、下部筐体ユニット１１２とを閉じようとする力、または開こうとする力が生じるため、前部搬送ローラ１１１２または後部搬送ローラ１１１３が挿入部２０１に押し付けられる力が変化する。
【０１３５】
したがって、押付力調整機構３００２・３００３が備えるモータを回転させることで、前部搬送ローラ１１１２または後部搬送ローラ１１１３が挿入部２０１に押し付けられる力を調整することができる。
【０１３６】
挿入部運動検出センサ３００１から出力される、挿入部２０１の並進速度および回転速度に関する信号が、コントローラユニット１０４にフィードバックされ、前部アーム１１１０および後部アーム１１１１に設けられた押付力調整機構３００２・３００３により、押付力が補正される。
【０１３７】
例えば図５における配置により、挿入部２０１を矢印の方向に回転させる運動を行った際に、挿入部２０１に、図５の上方へ向かう意図せぬ並進運動が検出された場合、後部搬送ローラ１１１３が挿入部２０１を搬送する速度が、前部搬送ローラ１１１２が挿入部２０１を搬送する速度より大きいと考えられる。このため、後部搬送ローラ１１１３の押付力を下げる、もしくは前部搬送ローラ１１１２の押付力を上げることで、上記の意図せぬ並進運動を低減することが出来る。
【０１３８】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係るアクチュエータ（差動駆動機構１１０）は、棒状の作動子（挿入部２０１）をその長軸方向に搬送すること、および当該作動子を長軸周りに回転させることが可能な複数の搬送ローラ（前部搬送ローラ１１１２、後部搬送ローラ１１１３）を備えるアクチュエータであって、上記作動子に対する上記複数の搬送ローラの交差角を変更する角度変更機構を備える。
【０１３９】
上述の構成によれば、アクチュエータは、複数の搬送ローラと、角度変更機構とを備える。複数の搬送ローラは、棒状の作動子をその長軸方向に搬送すること、および当該作動子を長軸周りに回転させることが可能である。角度変更機構は、作動子に対する複数の搬送ローラの交差角を変更する。
【０１４０】
したがって、作動子の直進方向の速度と回転方向の速度との比を簡便に調整することができる。
【０１４１】
本発明の態様２に係るアクチュエータは、上記態様１において、上記作動子を、上記搬送ローラとの間で保持する保持部（ボールベアリング１１５）と、上記作動子の太さに応じて上記搬送ローラと上記保持部との間の距離を変化させる連結部（１１７）とをさらに備え、上記角度変更機構は、上記距離に連動して上記交差角を変更してもよい。
【０１４２】
上述の構成によれば、アクチュエータは、保持部と、連結部とをさらに備える。保持部は、作動子を、搬送ローラとの間で保持する。連結部は、作動子の太さに応じて搬送ローラと保持部との間の距離を変化させる。角度変更機構は、搬送ローラと保持部との間の距離に連動して、作動子に対する複数の搬送ローラの交差角を変更する。
【０１４３】
したがって、搬送ローラの回転により生じる摩擦力の、並進方向と回転方向との成分比が、作動子の太さに応じた適切な比率になるように、搬送ローラの交差角を変更できる。
【０１４４】
本発明の態様３に係るアクチュエータは、上記態様２において、上記角度変更機構は、上記複数の搬送ローラの一方の先端部の間の距離が大きくなるように当該搬送ローラに対して付勢する付勢部（スプリング１１１ａ）と、上記先端部の間の距離を、上記搬送ローラと上記保持部との間の距離に応じて制限する制限部（ガイド１１３０・１１３１）とを備えていてもよい。
【０１４５】
上述の構成によれば、角度変更機構は、付勢部と制限部とを備える。付勢部は、複数の搬送ローラの一方の先端部の間の距離が大きくなるように当該搬送ローラに対して付勢する。制限部は、上記先端部の間の距離を、搬送ローラと保持部との間の距離に応じて制限する。
【０１４６】
したがって、簡単な構成により、作動子の太さに応じて搬送ローラの交差角を変更できる。
【０１４７】
本発明の態様４に係るアクチュエータは、上記態様３において、上記制限部は、互いに対向する傾斜面（１１３０ａ・１１３１ａ）を有する一対の部材を含んでいてもよい。
【０１４８】
上述の構成によれば、制限部は、一対の部材を含む。当該一対の部材は、互いに対向する傾斜面を有する。
【０１４９】
したがって、当該傾斜面により搬送ローラを案内することで、交差角を変更することができる。
【０１５０】
本発明の態様５に係るアクチュエータは、上記態様４において、上記一対の部材間の距離を変更するためのガイド部（レーン１１３２）をさらに備えてもよい。
【０１５１】
上述の構成によれば、アクチュエータは、ガイド部を備える。ガイド部は、制限部としての一対の部材間の距離を変更する。
【０１５２】
したがって、作動子の太さと搬送ローラの交差角との関係を、任意に設定することができる。
【０１５３】
本発明の態様６に係るアクチュエータは、上記態様１から５のいずれかにおいて、上記角度変更機構は、上記複数の搬送ローラの交差角が互いに同一となるように当該交差角を変更してもよい。
【０１５４】
上述の構成によれば、角度変更機構は、アクチュエータが備える複数の搬送ローラの交差角が互いに同一となるように交差角を変更する。
【０１５５】
この場合、搬送ローラの回転により生じる摩擦力の、並進方向と回転方向との成分比は、いずれの搬送ローラにおいても同じである。
【０１５６】
したがって、複数の搬送ローラが同一速度で回転する場合において、それぞれの搬送ローラの回転方向に応じて、摩擦力の並進方向または回転方向の成分のいずれか一方が打ち消される。そのため、作動子に並進または回転のいずれか所望の運動をさせることができる。
【０１５７】
本発明の態様７に係るアクチュエータは、上記態様１から５のいずれかにおいて、上記角度変更機構は、上記複数の搬送ローラの交差角が互いに異なるように当該交差角を変更してもよい。
【０１５８】
上述の構成によれば、角度変更機構は、アクチュエータが備える複数の搬送ローラの交差角が互いに異なるように交差角を変更する。
【０１５９】
この場合、搬送ローラの回転により生じる摩擦力の、並進方向と回転方向との成分比は、搬送ローラごとに異なる。
【０１６０】
したがって、複数の搬送ローラが同一速度で回転する場合において、摩擦力の並進方向および回転方向の成分のいずれも打ち消されて０にはならないため、作動子に並進および回転の両方の運動を同時にさせることができる。
【０１６１】
本発明の態様８に係るアクチュエータは、上記態様１から７のいずれかにおいて、上記搬送ローラの、上記作動子への押付力を制御する制御機構（押付力調整機構３００２・３００３）をさらに備えてもよい。
【０１６２】
上述の構成によれば、アクチュエータは、制御機構をさらに備える。当該制御機構は、アクチュエータが備える搬送ローラの、作動子への押付力を制御する。
【０１６３】
したがって、作動子または搬送ローラの汚れなどにより、搬送ローラと作動子との間の摩擦係数が変化した場合に、搬送ローラと作動子との間の摩擦力を一定に保つことができる。
【０１６４】
本発明の態様９に係るアクチュエータは、上記態様１から８のいずれかにおいて、上記搬送ローラの表面に弾性を有する摩擦材（ゴムローラー１１１６・１１１７）が配されていてもよい。
【０１６５】
上述の構成によれば、弾性を有する摩擦材が、搬送ローラの表面に配される。
【０１６６】
したがって、作動子と搬送ローラとの間の摩擦力が高まり、搬送ローラが空回りすることを防止できる。
【０１６７】
本発明の態様１０に係るアクチュエータは、上記態様９において、上記摩擦材は、取り外し可能に配されていてもよい。
【０１６８】
上述の構成によれば、搬送ローラの表面に配された摩擦材は、取り外し可能である。
【０１６９】
したがって、摩擦材が損傷または汚れた場合に容易に交換できる。
【０１７０】
本発明の態様１１に係るアクチュエータは、上記態様９または１０において、上記搬送ローラの表面に、上記摩擦材の幅以上の幅を有する段差が設けられていてもよい。
【０１７１】
上述の構成によれば、搬送ローラの表面に、段差が設けられている。当該段差は、搬送ローラの表面に配された摩擦材の幅以上の幅を有する。
【０１７２】
したがって、作動子との摩擦により摩擦材の位置が大幅にずれることを防止できる。
【０１７３】
本発明の態様１２に係るアクチュエータは、上記態様１から１１のいずれかにおいて、上記搬送ローラを回転させる超音波モータ（前部インホイールモータ１１１４、後部インホイールモータ１１１５）をさらに備えていてもよい。
【０１７４】
上述の構成によれば、アクチュエータは、超音波モータを備える。超音波モータは、搬送ローラを回転させる。
【０１７５】
したがって、ギヤが不要になり、小型で静音な装置が実現される。
【０１７６】
本発明の態様１３に係るアクチュエータは、上記態様２において、上記複数の搬送ローラを有する第１ユニット（上部筐体ユニット１１１）と、上記作動子を、上記搬送ローラとの間で保持する保持部を有する第２ユニット（下部筐体ユニット１１２）とを備え、上記連結部は、上記第１ユニットと上記第２ユニットとの相対位置が変更可能なように当該第１ユニットおよび第２ユニットを連結してもよい。
【０１７７】
上述の構成によれば、アクチュエータは、第１ユニットと、第２ユニットとを備える。第１ユニットは、複数の搬送ローラを有し、第２ユニットは、作動子を搬送ローラとの間で保持する保持部を有する。連結部は、第１ユニットと第２ユニットとの相対位置が変更可能なように第１および第２ユニットを連結する。
【０１７８】
したがって、第１ユニットが有する搬送ローラと第２ユニットが有する保持部との間で作動子を保持することで、第１ユニットと第２ユニットとの相対位置が決定され、搬送ローラと保持部との間の距離が決定される。
【０１７９】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８０】
本発明は、小型モータとして利用可能であり、特に、医療装置や小型ロボットにおいて好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１８１】
１００    挿入部搬送ユニット
１３０    コントローラユニット
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ  差動駆動機構（アクチュエータ）
１１１    上部筐体ユニット（第１ユニット）
１１２    下部筐体ユニット（第２ユニット）
１１１２  前部搬送ローラ
１１１３  後部搬送ローラ
１１１４  前部インホイールモータ（超音波モータ）
１１１５  後部インホイールモータ（超音波モータ）
１１１６、１１１７  ゴムローラー（摩擦材）
１１１ａ  スプリング（付勢部）
１１５    ボールベアリング（保持部）
１２      超音波振動子
１１３０、１１３１  ガイド（制限部）
１１３０ａ、１１３１ａ  傾斜面
１１３２  レーン（ガイド部）
１１７    連結部
１５０、１５１    パンタグラフ型予圧機構
２０１    挿入部（作動子）
３００２、３００３  押付力調整機構（制御機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年10月3日(2017.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の作動子をその長軸方向に搬送すること、および当該作動子を長軸周りに回転させることが可能な複数の搬送ローラを備えるアクチュエータであって、
上記作動子に対する上記複数の搬送ローラの交差角を変更する角度変更機構を備え、
上記角度変更機構は、上記交差角を変更することにより、上記複数の搬送ローラの回転により生じる摩擦力の合成ベクトルを変化させることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
棒状の作動子をその長軸方向に搬送すること、および当該作動子を長軸周りに回転させることが可能な複数の搬送ローラを備えるアクチュエータであって、
上記作動子に対する上記複数の搬送ローラの交差角を変更する角度変更機構を備え、
上記作動子を、上記搬送ローラとの間で保持する保持部と、
上記作動子の太さに応じて上記搬送ローラと上記保持部との間の距離を変化させる連結部とをさらに備え、
上記角度変更機構は、上記距離に連動して上記交差角を変更することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
上記角度変更機構は、上記複数の搬送ローラの一方の先端部の間の距離が大きくなるように当該搬送ローラに対して付勢する付勢部と、
上記先端部の間の距離を、上記搬送ローラと上記保持部との間の距離に応じて制限する制限部とを備えることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
上記制限部は、互いに対向する傾斜面を有する一対の部材を含むことを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
上記一対の部材間の距離を変更するためのガイド部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
上記角度変更機構は、上記複数の搬送ローラの交差角が互いに同一となるように当該交差角を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
棒状の作動子をその長軸方向に搬送すること、および当該作動子を長軸周りに回転させることが可能な複数の搬送ローラを備えるアクチュエータであって、
上記作動子に対する上記複数の搬送ローラの交差角を変更する角度変更機構を備え、
上記角度変更機構は、上記複数の搬送ローラの交差角が互いに異なるように当該交差角を変更することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項８】
上記搬送ローラの、上記作動子への押付力を制御する制御機構をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
上記搬送ローラの表面に弾性を有する摩擦材が配されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
上記摩擦材は、取り外し可能に配されていることを特徴とする請求項９に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
上記搬送ローラの表面に、上記摩擦材の幅以上の幅を有する段差が設けられていることを特徴とする請求項９または１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
上記搬送ローラを回転させる超音波モータをさらに備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
上記複数の搬送ローラを有する第１ユニットと、
上記作動子を上記搬送ローラとの間で保持する保持部を有する第２ユニットとを備え、
上記連結部は、上記第１ユニットと上記第２ユニットとの相対位置が変更可能なように当該第１ユニットおよび第２ユニットを連結することを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るアクチュエータは、棒状の作動子をその長軸方向に搬送すること、および当該作動子を長軸周りに回転させることが可能な複数の搬送ローラを備えるアクチュエータであって、上記作動子に対する上記複数の搬送ローラの交差角を変更する角度変更機構を備え、上記角度変更機構は、上記交差角を変更することにより、上記複数の搬送ローラの回転により生じる摩擦力の合成ベクトルを変化させる。
【国際調査報告】
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2016185943.tif 000022
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