(57)【要約】  電磁アクチュエータ（１０）は、たとえば内視鏡（１０）のレンズを焦点合せするための役目を果たす。当分野に属する種類のアクチュエータ（１０）は非常に小さい。製造に起因する、アクチュエータ（１０）の永久磁石（２０，２１）の寸法設定に関するごくわずかな変化でさえ、磁石（２０，２１）の磁界線図に対して、およびこれに伴ってアクチュエータ（１０）の切換挙動に対してマイナスの影響を及ぼす。本発明は、特別に高い信頼度で切換をすることができるアクチュエータ（１０）を提供する。このことは、永久磁石（２０，２１）が、一方の永久磁石（２０，２１）の磁気的なＳ極（２５）が他方の永久磁石（２０，２１）の磁気的なＮ極（２４）の方を向くように配置されることによって達成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科用または医療用器具のための電磁アクチュエータ（１０）であって、
円筒状のステータ（１９）が、前記ステータ（１９）の中で可動の部材とともに中に配置された管状のシャフト（１３）を有し、前記ステータ（１９）は、軸方向へ磁化された少なくとも２つのリング状の永久磁石（２０，２１）と、少なくとも２つのコイル（２６，２７）とを電磁界の生成のために有しており、前記可動の部材は、摺動管（２９）の中に配置されたスライダ（２８）として構成されているものにおいて、
前記永久磁石（２０，２１）は、一方の永久磁石（２０，２１）の磁気的なＳ極（２５）が他方の永久磁石（２０，２１）の磁気的なＮ極（２４）の方を向くように前記摺動管（２９）の周りに配置されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記コイル（２６，２７）は反対の巻き方向を有することを特徴とする、請求項１に記載の外科用または医療用器具のための電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記コイル（２６，２７）には異なる向きのダイオード（３５，３６）が前置されており、それにより前記ダイオード（３５，３６）の導通方向が前記コイル（２６，２７）に関して逆向きであることを特徴とする、請求項１または２に記載の外科用または医療用器具のための電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記コイル（２６，２７）を別々に励起可能であり、前記コイル（２６，２７）は電磁エネルギーの交番するパルスで作動可能であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の外科用または医療用器具のための電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記コイル（２６，２７）は前記永久磁石（２０，２１）の間で前記摺動管（２９）の上に配置されており、前記永久磁石（２０，２１）は前記摺動管（２９）の端部領域（２２，２３）に付属していることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の外科用または医療用器具のための電磁アクチュエータ。
【請求項６】
前記永久磁石（２０，２１）の間で円筒状の保磁子（３２）が前記コイル（２６，２７）の周りに配置されており、特に前記保磁子（３２）は前記コイル（２６，２７）の間および／または前記永久磁石（２０，２１）と前記コイル（２６，２７）の間に配置された磁極片（３８）を有することを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の外科用または医療用器具のための電磁アクチュエータ。
【請求項７】
前記コイル（２６，２７）は前記永久磁石（２０，２１）の磁束と同じ向きを有する磁束が前記保磁子（３２）で形成されるように通電可能であることを特徴とする、請求項６に記載の外科用または医療用器具のための電磁アクチュエータ。
【請求項８】
前記スライダ（２８）の可動ストロークを制限するために前記摺動管（２９）の端部領域（２２，２３）にそれぞれストッパ（３０）が付属していることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の外科用または医療用器具のための電磁アクチュエータ。
【請求項９】
前記スライダ（２８）は、好ましくは少なくとも１つのレンズを収容するために軟磁性材料からなる中空シリンダとして構成されることを特徴とする、外科用または医療用器具のための電磁アクチュエータ。
【請求項１０】
前記スライダ（２８）は、前記スライダ（２８）の端部領域に付属する少なくとも２つの磁極片（３８）を有することを特徴とする、外科用または医療用器具のための電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載されている外科用または医療用器具のための電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば長尺状のシャフトを有する内視鏡などの外科用または医療用器具は、遠位に配置された対物レンズをその中に有することができる。このような対物レンズは、身体の内部にある対象物を観察する役目を果たす。このような対象物を操作者が観察するために、対物レンズにより生成される画像がイメージ導波路によって、または電子式にカメラを介して、シャフトを通して外部へと送られる。このとき対物レンズは１つのレンズあるいは一群のレンズなどの光学素子を有することができ、これが対物レンズの光学軸の方向で焦点合せのために、および／または焦点距離の変更のために、アクチュエータによってスライド可能に支承される。このような電磁式に駆動可能なアクチュエータは内視鏡のシャフトの中に配置され、したがって数ミリメートルの大きさしかない。
【０００３】
アクチュエータの１つの主要な構成要素は円筒状のステータであり、その中に、光学軸に沿って可動である部材が配置されている。ステータは、軸方向に磁化されたリング状の少なくとも２つの永久磁石と、電磁場を生成するための少なくとも２つのコイルとを有している。可動の部材は、摺動管の中に配置されたスライダとして構成される。このとき摺動管は、リング状の永久磁石とコイルとによって取り囲まれる。
【０００４】
摺動管の中の可動のスライダは、対物レンズを、特にレンズまたはレンズ群を収容する役目を果たし、磁化可能な材料でできている。摺動管はその端部に、摺動管の中でのスライダの軸方向の運動を制限するストッパをそれぞれ有している。摺動管の周りに永久磁石が配置されることで、スライダは摺動管の端部のところでそのつど双安定な状態になる。コイルへの通電により、誘導されるコイルの磁界によってスライダが一方の最終位置から他方の最終位置へと動く。磁界がコイルによって誘導されないとき、スライダはレンズとともに一方の最終位置にとどまる。
【０００５】
内視鏡のシャフトの中で利用できるスペースは非常に限られているため、アクチュエータならびにレンズも相応に小型化されなければならない。このことは、コイルやスライダの精度ならびにレンズの配置に関してばかりでなく、永久磁石の形状に関しても特別に高い要求となる。永久磁石の寸法設定に関する、製造に起因するごくわずかな変化でさえ、磁石の磁界線図に対して、およびこれに伴ってスライダの切換挙動に対してマイナスの影響を及ぼす。若干大きすぎる、または小さすぎる永久磁石の１つの帰結は、スライダの最終位置が双安定ではなくなり、そのため、対物レンズを申し分なく焦点合せできなくなることであり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の課題は、特別に高い信頼度で切り換えることができる、外科用または医療用器具のための電磁アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するためのアクチュエータは、請求項１の構成要件を有する。それによると永久磁石は、一方の永久磁石の磁気的なＳ極が他方の永久磁石の磁気的なＮ極のほうを向くように摺動管の周りに配置されることが意図される。このような永久磁石の同極性により、両方の磁界が少なくとも部分的に互いに重なり合い、そのようにして協同作用する。このような磁界ベクトルの同じ向きにより、磁石の寸法設定のわずかな誤差が、磁束線が反対向きにアライメントされる場合よりも小さい強さでしか磁界に影響しない。したがって、このような永久磁石の同じ極性は、永久磁石の製作に関していっそう高い許容性を可能にする。このように、永久磁石の長さおよび／または直径に関するわずかな相違を、両方の永久磁石の相互作用によって補償することができるので、摺動管の両方の最終位置でのスライダの位置決めも特別に安定的となる。このようにして、アクチュエータの、特にスライダの、特別に信頼度の高い切換を具体化することができる。
【０００８】
本発明の別の好ましい実施例は、両方のコイルが反対の巻き方向を有することを意図することができる。このように反対の巻き方向によって、同じ正負記号の電流によって生成される磁界の磁束線がコイルの中で反対方向を向く。しかし、その時点で一方のコイルだけが同じ正負記号の電流によって通電されれば、磁界ベクトルが光学軸に沿って交互に異なる向きを有する磁界が誘導される。したがってコイルを相応に結線することで、スライダを一方の安定した最終位置から摺動管の中でそれぞれ他方の安定した位置へと動かすことができる。その際に重要なのは、コイルによって誘導されるスライダに対する磁力が、少なくとも一時的に、一方の永久磁石の磁力よりも大きくなることである。このような両方のコイルの配置によって、または反対向きの巻線によって、コイルの特別に簡単な接触を短い引込回線で実現可能である。
【０００９】
特に、各々のコイルにそれぞれ異なる向きのダイオードが前置されており、それにより、ダイオードの導通方向がコイルに関して反対向きであることがさらに意図されていてよい。このようにコイルへの通電に応じて、一方または他方のコイルがダイオードの導通方向に依存して励起され、それにより、そのつど１つのコイルでのみ磁界が誘導される。ダイオードを配置することで、可能な限り少ない電気回線ですませることができるスイッチ回路が創出される。特にシャフトの中のスペースは非常に限られているので、このことは本発明の特別な利点となる。シャフトはその内部に気密に密閉されたスペースをなしているので、必要な電気回線の削減は特別に好ましい。そのようにして、通常であれば気密な封止を困難にしかねない回線を、いっそうわずかしか考慮に入れなくてすむからである。
【００１０】
さらに、コイルをそれぞれ別々に励起可能であり、コイルは電磁エネルギーの交番パルスで作動可能であることが意図されてよいのが特別に好ましい。このようなパルスは非常にわずかな、特に１０〜２０ミリ秒の長さであり、その正負記号を周期的に交代させる。これに加えて本発明によると、コイルが永久磁石の間で摺動管の上に配置され、永久磁石は摺動管の端部領域に付属することが意図されていてよい。このような永久磁石の間へのコイルの配置によって磁界が、特に誘導される磁界が、特別に効率的に結合し合い、それにより、スライダが一方ではその安定した最終位置にとどまり、他方では、信頼度の高い仕方で一方の位置から他方の位置へと可動である。
【００１１】
さらに、本発明の特別に好ましい実施例は、永久磁石の間に円筒状の保磁子がコイルの周りに配置され、特にこの保磁子は、コイルの間および／または永久磁石とコイルの間に配置された磁極片を有することを意図することができる。このような磁極片により、磁界密度をいくつかの個所で方向転換または濃縮させて、スライダの切換プロセスがさらにいっそう改善されるようにすることができる。特にコイルの間への磁極片の配置は、スライダの両方の最終位置の間での支障のない切換にとって特別に好ましく作用する。
【００１２】
さらに本発明は、永久磁石の磁束と同じ向きを有する磁束が保磁子で形成されるようにコイルを通電可能であることを意図することができる。このように保磁子は、少なくともコイルの通電中に均一な磁界が摺動管の周りに、または摺動管の中に形成されることを目的とする。
【００１３】
さらに本発明は、可動のスライダのストロークを制限するために、摺動管の端部領域にそれぞれストッパが付属することを意図することができるのが特別に好ましい。このようなストッパは摺動管の内部または外部に配置されていてよく、対物レンズまたはレンズ群が焦点合せをすることができる長さを定義する。
【００１４】
特に本発明は、さらに、スライダが中空円筒として軟磁性材料から好ましくは少なくとも１つのレンズを収容するために構成されることを意図することができる。スライダを磁化するためのエネルギーコストが少なくなるほど、スライダを切り換えるために少ない磁気エネルギーしかコイルによって印加しなくてすみ、または永久磁石によって生成しなくてすむ。合金鋼が特別に好適であることが判明している。
【００１５】
本発明のさらに別の好ましい構成は、スライダが、スライダの端部領域に付属する２つの磁極片を有するという点に見出すことができる。磁極片の構成によってスライダが特別に好ましく磁界に結合し、それにより、いっそう迅速かつ確実なアクチュエータの切換プロセスが可能となる。
【００１６】
次に、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳しく説明する。図面には次のものが示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】内視鏡を示す模式図である。
【図２】模式化して示されたアクチュエータを第１の位置で示す断面図である。
【図３】第２の位置にあるアクチュエータを示す断面図である。
【図４】アクチュエータの別の実施例を示す断面図である。
【図５】１組のコイルの電気的な励起を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、外科用または医療用器具のためのアクチュエータ１０を対象とする。このような外科用または医療用器具は、たとえば内視鏡１１であり得る。しかしながら明文をもって指摘しておくと、ここで説明するアクチュエータ１０はそれ以外の器具でも適用可能であり、図１に示す内視鏡１１によって、アクチュエータ１０の利用可能性を一例として図示しようとしているにすぎない。
【００１９】
図１に示す内視鏡１１は、本体１２および遠位でこれに後続して長く延びる管状のシャフト１３を近位に有している。図解のため、このシャフト１３は短縮して図示されている。さらに本体１２はグリップ１４を有していて、操作者はこれをもって内視鏡１１を把持、操作することができる。さらに本体１２には接続部１５が付属していて、これを介してたとえばファイバ光学系を介して光を、シャフト１３を通じて内視鏡１１の遠位端１６に供給可能である。内視鏡１０の近位端１７は、配線１８を介してエネルギー供給部および制御ユニットと接続可能である。
【００２０】
内視鏡１１のシャフト１３の中に、処置されるべき図示しない身体の内部を結像することを可能にする光学系が設置されている。そのために、たとえば内視鏡の遠位端１６にある図示しないセンサユニットを介して画像が撮影され、配線１８を介して外部の画像再生装置へ、たとえばモニタへ供給される。しかしながら光ファイバやロッドレンズを介して、内視鏡１０の近位端１７へ画像が供給されることも考えられる。
【００２１】
身体の内部の物体を鮮明に表示するために、遠位端１６にシャフト１３の内部で、焦点合せのために、および焦点距離の調節のために可動に支承された対物レンズまたは少なくとも１つのレンズが付属している。図示しないレンズのこのような可動の支承は、電磁アクチュエータ１０によってシャフト１３の内部で具体化される。
【００２２】
図１に示す内視鏡の実施例では、シャフト１３の図解のために遠位端１６が「縦割りにして」示されており、それによりアクチュエータ１０への視界が開けている。少なくとも１つのレンズがこのアクチュエータ１０の内部に配置される。アクチュエータのエネルギー供給および励起のための電気回線が、シャフト１３の内部で内視鏡１１の近位端１７へと延びており、たとえば配線１８によって、図示しない別の制御ユニットへと供給される。
【００２３】
電磁アクチュエータ１０は、基本的に、円筒状のステータ１９と、ステータ１９の中に配置された可動の部材とで構成される（図２）。この円筒状のステータ１９の周りに、２つの永久磁石２０，２１がリング状に配置されている。これらの永久磁石２０，２１はステータ１９の端部領域２２，２３に付属している。本発明によると両方の永久磁石２０，２１は、たとえば永久磁石２０のＮ極２４が永久磁石２１のＳ極２５に向き合う互いの向きになっている。しかしながら、永久磁石２０のＳ極２５と永久磁石２１のＮ極２４とが向かい合うことも同様に考えられる。両方の永久磁石２０，２１のこのような同極性により、これらは特別に均一な磁界が形成されるように協同作用する。
【００２４】
図２に示すアクチュエータ１０の実施例では、永久磁石２０，２１の間で円筒状のステータ１９の上に２つのコイル２６，２７がある。これらのコイル２６，２７も同じくリング状にステータ１９の周りに位置決めされる。本発明によると、コイル２６，２７の巻線はちょうど互いに反対向きであり、それにより、コイル２６，２７に電流が印加されると２つの反対向きの磁界が誘導される。
【００２５】
ステータ１９の内部の可動の部材はスライダ２８によって構成される。このスライダは、軟磁性材料からなる中空シリンダである。アクチュエータ１０が内視鏡１１の中で使用されるとき、このスライダ２８の内部で対物レンズまたは少なくとも１つのレンズが位置決めされる。
【００２６】
スライダ２８は摺動管２９の内部で可動に支承されている。この摺動管２９の周りに、上で説明した永久磁石２０，２１と両方のコイル２６，２７がリング状に配置されている。摺動管２９の中でのスライダ２８の運動を制限するために、端部領域２２，２３にそれぞれストッパ３０が付属している。これらのストッパ３０は、スライダ２８が摺動管２９から外に出るのを防ぐために、同じくリング状であってよく、または単に直方体のストッパとして構成されていてよい。
【００２７】
スライダ２８は、光学軸３１に対して平行にスライドすることができるように、摺動管２９の中で可動に支承されている。この光学軸３１は、少なくとも１つのレンズの光学軸とも一致する。ステータ１９、永久磁石２０，２１、およびコイル２６，２７などのアクチュエータ１０のすべての部材が、この光学軸３１を中心として対称に配置されている。
【００２８】
コイル２６，２７と永久磁石２０，２１によって生起される磁界を光学軸３１に向かって案内するために、または増強するために、図２に示す本発明の実施例では、コイル２６，２７の周りに同じくリング状の金属製の保磁子３２が配置されている。コイル２６，２７のいずれにも通電されていないケースでは、スライダ２８は永久磁石２０または２１によって、両方の最終位置のうちの一方に引きつけられる。この位置にあるとき、スライダ２８は両方の永久磁石２０，２１のうちの一方によって、まさにこの双安定の位置で固定される。すなわち他の力の作用がなければ、スライダ２８がこの最終位置から離れることはない。レンズの焦点合せをするためには、またはその焦点距離を調節するためには、スライダ２８が光学軸３１に沿って動くことができなければならない。そのために一方または両方のコイル２６，２７が通電され、それにより、誘導される磁力に起因して、スライダ２８が矢印方向３３に沿って第２の双安定の位置へと移動する。それ以外の力がスライダ２８に対してこの双安定の位置で作用しなければ、スライダはこの最終位置のままにとどまる（図３）。
【００２９】
アクチュエータ１０の別の実施例は、保磁子３２が、たとえば永久磁石２０，２１とコイル２６，２７の間に、および両方のコイル２６，２７の間に配置されていてよい磁極片３４を有することを意図する（図４）。これらの磁極片３４は、コイル２６，２７により生起される磁界がスライダ２８の方向へと特別に効果的に誘導され、そこで磁束密度が特別に高くなることを惹起する。磁束密度が濃縮されることでいっそう高い力がスライダに対して作用し、それによってスライダが少ないエネルギーコストで可動となる。
【００３０】
スライダ２８の磁極片３８も、同様に好ましく作用する（図４）。ここでも磁極片３８は、永久磁石２０，２１とコイル２６，２７の磁界が特別に効果的にスライダ２８を捕捉することを惹起する。図４に示すスライダ２８の実施例の他、磁極片３８のさらに別の実施形態も考えられる。
【００３１】
図５には、両方のコイル２６，２７の切換が大幅に簡略化して示されている。それによると、コイル２６，２７の互いに向き合う両方の端部は接地電位と接続されており、それに対して、コイル２６，２７のそれぞれ他方の端部にはそれぞれ１つのダイオード３５，３６が接続している。ダイオード３５，３６は互いに逆方向にアライメントされており、それにより、これらの阻止方向も同じく相違している。ダイオード３５，３６を介して、または電気回線３７を介して、コイル２６，２７にパルス化された通電がなされることで、コイル２６，２７のうちの一方でそれぞれ交互に、それぞれ他方のコイル２６，２７の磁界と反対方向を向く磁界が誘導される。
【００３２】
ここに図示する永久磁石２０，２１およびコイル２６，２７の配置によって特別に好適な磁界が生起され、この磁界によって、スライダ２８を摺動管２９の中で特別に簡単かつ確実に切り換えることができる。前述した各部材の配置により、それぞれの磁界に対して影響を及ぼす、製造に起因する永久磁石２０，２１の寸法決めの誤差を補償することができ、それにより、そのような変動がスライダ２８の切換に対して、または光学系の焦点合せに対して影響を及ぼすことがなくなる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  アクチュエータ
１１  内視鏡
１２  本体
１３  シャフト
１４  グリップ
１５  接続部
１６  遠位端
１７  近位端
１８  配線
１９  ステータ
２０  永久磁石
２１  永久磁石
２２  端部領域
２３  端部領域
２４  Ｎ極
２５  Ｓ極
２６  コイル
２７  コイル
２８  スライダ
２９  摺動管
３０  ストッパ
３１  光学軸
３２  保磁子
３３  矢印方向
３４  磁極片
３５  ダイオード
３６  ダイオード
３７  電気回線
３８  磁極片
【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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【国際調査報告】
2019535398.tif 000008
2019535398.tif 000009
2019535398.tif 000010
2019535398.tif 000011
2019535398.tif 000012
2019535398.tif 000013