(57)【要約】【課題】  潤滑剤が供給されないラジアルすべり軸受機構で、摩耗粉が摺動部に溜まることによって発生するカジリ・焼き付きを防止する。【解決手段】  ラジアルすべり軸受機構は、金属製回転軸１と、回転軸１に対向して潤滑剤が供給されない状態で前記回転軸を摺動可能に半径方向に支持する回転軸よりも硬い材料（たとえばセラミックス）の軸受２と、を有する。回転軸１の、軸受２の端部４に対向する位置に、回転軸１の周方向に延びるくぼみ５が設けられている。【選択図】  図１
2006258160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸の少なくとも一部と対向し、潤滑剤を供給されない状態で前記回転軸を摺動可能に半径方向に支持する、前記回転軸よりも硬い材料の軸受と、
を有するラジアルすべり軸受機構において、
前記回転軸の、前記軸受に対向する位置にくぼみが設けられていること、
を特徴とするラジアルすべり軸受機構。
【請求項２】
前記くぼみは、前記回転軸の軸方向に対する前記軸受の端部に対向して設けられていること、を特徴とする請求項１に記載のラジアルすべり軸受機構。
【請求項３】
前記くぼみは、前記回転軸の軸方向に対して直交する方向に形成されていること、を特徴とする請求項１に記載のラジアルすべり軸受機構。
【請求項４】
前記軸受は前記回転軸の軸方向に複数個が配設されており、
前記くぼみは、前記複数個の軸受の、前記回転軸の軸方向に対するそれぞれの端部に対向して設けられていること、を特徴とする請求項２に記載のラジアルすべり軸受機構。
【請求項５】
前記回転軸は金属製であり、前記軸受はセラミックス製であること、を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のラジアルすべり軸受機構。
【請求項６】
セラミックス製ラジアルすべり軸受によって潤滑剤が供給されない状態で半径方向に回転支持される金属製の回転軸であって、
前記ラジアルすべり軸受の、前記軸受に対向する位置に周方向に延びるくぼみを有すること、を特徴とする回転軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアルすべり軸受機構およびその回転軸に関し、特に、医療用マニピュレータなどに好適な、潤滑剤が供給されないラジアルすべり軸受機構およびその回転軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受の摩耗・焼き付きやそれに伴うカジリを防ぐためのものとして、以下のような技術が知られている。すなわち、焼き付きを防ぐために、集中荷重を受けにくくするためにセラミック軸受端部にテーパを設ける技術（特許文献１参照）、耐焼き付き性を向上するために、セラミックススリーブに凹部を形成し摺動部の温度上昇を防ぐ技術（特許文献２参照）、ドライ運転に耐えられるように摺動性を向上させるために、緩衝部材として金属製スリーブを取り付ける技術（特許文献３参照）などが知られている。これらの従来技術は、通常は油やグリースなどの潤滑剤が供給される状態で使用する上で摺動性・潤滑性を向上させる手段であって、摩耗自体を抑える働きをもっており、摩耗粉が大量に発生しないようにしている。
【０００３】
しかし、上記従来技術では、潤滑剤が供給されない状態で使用する、摩耗が発生しやすい環境において、摩耗粉の詰まりによるカジリを防ぐということは考慮されていない。したがって、周囲への潤滑油の漏洩を避けるために、潤滑剤が供給されない状態で使用できることが必要であるようなもの、例えば医療用マニピュレータ（たとえば特許文献４参照）の軸受には適用できない。
【特許文献１】特開平５−２０２９３９号公報
【特許文献２】特開平９−２１００５１号公報
【特許文献３】特開２０００−２６６０５８号公報
【特許文献４】特開２００２−１０２２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
潤滑剤（油、グリース、固体潤滑材など）が使えない環境下において、摩耗しても容易に焼き付かない組み合わせのセラミックス軸受（たとえば、ステンレス鋼軸と酸化ジルコニウム軸受の組み合わせ）が使用されるとき、摩耗は起きても凝着は起きず、摩耗粉が微小な隙間に詰まってカジリを起こすことがある。
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するためのものであって、潤滑剤が供給されない状態で用いられるラジアルすべり軸受機構で、摩耗粉が摺動部に溜まることで発生するカジリや焼き付きを防止または抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係るラジアルすべり軸受機構は、回転軸と、前記回転軸の少なくとも一部と対向し、潤滑剤を供給されない状態で前記回転軸を摺動可能に半径方向に支持する、前記回転軸よりも硬い材料の軸受と、を有するラジアルすべり軸受機構において、前記回転軸の、前記軸受に対向する位置に、前記回転軸の周方向に延びるくぼみが設けられていること、を特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る回転軸は、セラミックス製ラジアルすべり軸受によって潤滑剤が供給されない状態で半径方向に回転支持される金属製の回転軸であって、前記ラジアルすべり軸受の、前記軸受に対向する位置に周方向に延びるくぼみを有すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、潤滑剤が供給されないラジアルすべり軸受機構で、軸受と軸との間に発生する摩耗粉が最小隙間である摺動部に溜まらずに、くぼみに脱落しやすくなるので、カジリや焼き付きを防止または抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。図１は本発明に係る潤滑剤が供給されないラジアルすべり軸受機構の一実施形態を示す模式的縦断面図であって、たとえば手術用マニピュレータ先端部の軸受機構として適用されるものである。また、図２は、図１の回転軸のみを取り出したときの斜視図である。回転軸１が、潤滑剤が供給されないラジアルすべり軸受２によって回転可能に半径方向に支持されている。回転軸１はたとえばステンレス鋼などの金属製の軸であり、軸受２はたとえば窒化ケイ素やジルコニアセラミックスなどのセラミックス製であって、回転軸１よりも硬い材料からできている。回転軸１と軸受２は円筒形状の摺動部３で対向し摺動するようになっている。
【００１０】
回転軸１の軸方向に対する軸受２の端部４に対向する位置の回転軸１側には、円周方向（回転軸１の軸方向に直交する方向）に延びるくぼみ（溝）５が、回転軸１を一周して形成されている。このくぼみ５によって、軸受２の端部４と回転軸１とが直接接触しないようになっている。
【００１１】
このような構成で回転軸１が回転すると、回転軸１と軸受２の摺動によって、軸受２よりも比較的柔らかい回転軸１が削られ、摩耗粉６が発生する。特に、潤滑剤が供給されない状態では摩耗粉６が多く発生する。その際に摩耗粉６がくぼみ５内に入るので、摩耗粉６による回転軸１のさらなる摩耗が抑制され、摩耗粉に起因する焼き付きやカジリが抑制される。
【００１２】
軸受２の端部４が回転軸１に接触する場合は特にこの位置で摩耗が発生しやすいので、この位置にくぼみ５を設けることは、摩耗を抑制することになり、さらに、摩耗粉６をくぼみ５に取り入れる上で好ましい。
【００１３】
なお、くぼみ（溝）を形成する加工は、セラミックスなどの硬い材料に対して施すのは困難であるが、本実施形態のように回転軸１に対して施すのは比較的容易である。
【００１４】
図３は、本発明に係るラジアルすべり軸受機構を備える手術用マニピュレータの一例の模式的斜視断面図である。また図４は、その作業部の一例の縦断面図である。また、図５はそのラジアルすべり軸受機構付近を拡大して示す縦断面図である。ここで、図１、図２と共通の部分には共通の符号を付して示す。
【００１５】
マニピュレータ１００は、患者の体内へ挿入される作業部（マニピュレータ先端部）１０と、この作業部１０にワイヤ１３１を介して動力を与えるモータを有する駆動部１２０と、作業部１０と駆動部１２０を連結する中空軸であってその中空部内にワイヤ１３１がある連結部３０とを備える。マニピュレータ１００は更に、駆動部１２０に固定され、術者の操作に基づいて、駆動部１２０のモータに与える電力を制御する操作司令部１４０を備える。このような構成のマニピュレータ１００の作業部１０は、患者の体内の汚染を避けるために、油などの潤滑剤は用いないことが多い。
【００１６】
図６ないし図９は、本発明の第１の実施の形態による医療用マニピュレータの作業部１０の構成例を示した図である。図6および図７はグリッパ１４ａ、１４ｂの開状態を、図8および図９はグリッパ１４ａ、１４ｂの閉状態を示している。
【００１７】
連結部３０に対して回転自在に支持、すなわち第１の回転軸２１１に対して回転自在に支持された回転部材５０は、プーリ１１ｐと結合されており、駆動部１２０の駆動力がワイヤ１１ｗにより伝達されることで、プーリ１１ｐが回転させられ、第１の回転軸２１１が駆動される。プーリ１２ｐ、１３ｐは、回転部材５０に対して回転自在に支持されており、かつ、それぞれ傘歯車またはフェイスギヤ５１ａ、５２ａに固定されている。したがって、駆動部１２０の駆動力がワイヤ１２ｗ、１３ｗにより伝達されることで、傘歯車またはフェイスギヤ５１ｂ、５２ｂを回転させることができる。傘歯車またはフェイスギヤ５１ｂ、５２ｂは、回転部材５０の第１の回転軸２１１と直交する方向、すなわち、第２の回転軸１２に対して回転自在に支持されている。すなわち、回転軸１２上に２つの回転軸１２ａ、１２ｂが配置されている。
【００１８】
グリッパ（作業リンク）１４ａ、１４ｂの下端（駆動側）は、回転軸１２ａ、１２ｂに対して平行方向（回転軸５５ａ、５５ｂ）および直交方向（回転軸５６ａ、５６ｂ）に回転自在となるように連結部材５３、５４に対して支持されており、かつ、グリッパ１４ａ、１４ｂは、互いに回転軸５７に対して回転自在に結合されている。連結部材５３はフェイスギヤ５１ｂと共に回転軸１２に対して回転し、連結部材５４はフェイスギヤ５２ｂと共に回転軸１２に対して回転する。したがって、駆動部１２０を駆動することで、グリッパ１４ａ、１４ｂを駆動することが可能である。
【００１９】
同様に回転軸１２ａ、１２ｂを同方向に回転させるように制御することにより、第２の回転軸１２の回転動作を、すなわち、グリッパ１４ａ、１４ｂのロール動作を、回転軸１２ａ、１２ｂを逆方向に回転させるように制御することにより、グリッパ１４ａ、１４ｂの開閉動作を行うことが可能である。グリッパ１４ａ、１４ｂの、回転軸５７に対する先端側の長さの比率を大きくすることで、グリッパの開閉量を大きくすることができる。
【００２０】
このような構成の作業部１０の詳細な構造を示した図４においては、ステンレス鋼製の回転軸１がセラミックス製の軸受２で回転支持されている。図５に示す例では、回転軸１の両端に各２個の軸受２が軸方向に並列配置されている。軸受２はそれぞれが中空円筒状であって、全体が筒状の軸受ホルダ１１によって保持されている。各軸受２の端部４に対向する回転軸１の外周面には円周方向に延びるくぼみ５が形成されている。
【００２１】
このような構成とすることにより、図１および図２によって説明したように、回転軸１が回転すると、回転軸１と軸受２の摺動によって摩耗粉６が発生するが、摩耗粉６がくぼみ５内に入るので摩耗粉６による回転軸１のさらなる摩耗が抑制され、摩耗粉に起因する焼き付きやカジリが抑制される。
【００２２】
次に、図４および図５に示す構造の手術用マニピュレータを用いた耐久試験の結果について説明する。ただし、ここに示す試験に用いた装置は、軸受２を回転軸１の両端に一個ずつ配置した点で図５とは異なる。回転軸１の直径は、くぼみ５のない部分で１．６ｍｍとし、くぼみ５のある部分で１．５４ｍｍとした。また、１個の軸受２の軸方向の幅は１．５ｍｍとした。そして、マニピュレータ先端部１０に１５．４Ｎの負荷を与え、動作範囲は、マニピュレータ先端部１０の＋９０度〜−９０度のロール軸のみで、動作速度は１８０度／２ｓｅｃ（０．５Ｈｚ）として、図示しない電動モータで駆動した。
【００２３】
図１０は、このときの電動モータの電流変化を示すグラフである。この図に示すように、本発明の実施例によれば少なくとも４４００秒まで特に変化はなく、マニピュレータは正常に動作した。これと比較するために、図１１は、回転軸１のくぼみがない場合で、その他の条件をすべて図１０と同じとした場合の試験結果を示す。図１１（従来技術）では、約３７００ｓｅｃから電動モータにかかる負荷の増加に伴って電流値が増加しはじめ、約４１００ｓｅｃでカジリ（焼き付き）の影響によってワイヤの破断が生じ、電動モータにかかる負荷が極端に減少したために電流値が減少した。このように、本発明の実施例によれば、カジリが起こりにくいことがわかる。
【００２４】
また、他の耐久試験で、試験後の摺動面の目視観察によっても、本発明の実施例によれば、摺動が滑らかであって、摩耗やカジリ（焼き付き）が起こりにくいことが確認できた。
【００２５】
なお、通常の手術用マニピュレータは最大連続使用時間が通常１昼夜以内であり、１回の手術ごとに洗浄してくぼみ５内の摩耗粉６を取り除くことによって再使用することもできる。
【００２６】
図１２は、図１および図２に示した実施形態の変形例を示す。すなわち、図２に示した例では、くぼみ（溝）５が回転軸１の円周に沿って一周しているが、図１２の例ではくぼみ５が回転軸１の円周の一部にのみ形成されている。このような構造であっても、摩耗粉をくぼみ５に逃がすことができ、前記実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るラジアルすべり軸受機構の実施形態の模式的縦断面図である。
【図２】図1の回転軸のみを取り出したときの斜視図である。
【図３】本発明に係るラジアルすべり軸受機構を備える手術用マニピュレータの一例を示す模式的斜視断面図である。
【図４】本発明に係るラジアルすべり軸受機構を手術用マニピュレータの作業部に適用した例を示す実施形態の縦断面図である。
【図５】図４の手術用マニピュレータのラジアルすべり軸受機構付近を拡大して示す縦断面図である。
【図６】本発明の第1の実施の形態による医療用マニピュレータの作業部でグリッパが開の状態を示す縦断面図である。
【図７】図6のＡ−Ａ線矢視側面図である。
【図８】本発明の第1の実施の形態による医療用マニピュレータの作業部でグリッパが閉の状態を示す縦断面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線矢視側面図である。
【図１０】図４および図５のラジアルすべり軸受機構による耐久試験結果を示すグラフであって、横軸を時間とし、縦軸をモータ電流とするグラフ。
【図１１】従来のラジアルすべり軸受機構による耐久試験結果を示すグラフであって、横軸を時間とし、縦軸をモータ電流とするグラフ。
【図１２】図２の回転軸の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…回転軸
２…軸受
３…摺動部
４…軸受の端部
５…くぼみ（溝）
６…摩耗粉
１０…マニピュレータ先端部
１１…軸受ホルダ
【図１】
2006258160.tif 000003
【図２】
2006258160.tif 000004
【図３】
2006258160.tif 000005
【図４】
2006258160.tif 000006
【図５】
2006258160.tif 000007
【図６】
2006258160.tif 000008
【図７】
2006258160.tif 000009
【図８】
2006258160.tif 000010
【図９】
2006258160.tif 000011
【図１０】
2006258160.tif 000012
【図１１】
2006258160.tif 000013
【図１２】
2006258160.tif 000014