(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部と、
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、
前記窓部は被覆部材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。
【請求項２】
前記被覆部材は、フィルム、シート又はキャップのいずれかであ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】
前記可動部は、前記可動部の駆動力を前記ケーシングの外部に出力する出力部を有し、
前記出力部と前記ケーシングとの間が封止部材により封止されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータユニット。
【請求項４】
外部からのケーブルの挿抜が可能となるように前記ケーシングに設けられ、前記センサユニットへの電源供給と前記センサユニットからの信号取得の少なくとも一方を行う第１のコネクタと、
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ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアクチュエータユニット。
【請求項５】
前記ケーシングにおいて前記窓部が設けられている面とは異なる面に前記第１のコネクタが設けられていることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータユニット。
【請求項６】
前記第１のコネクタを通して前記可動部を駆動する手段への電源の供給が可能となっていることを特徴とする請求項４又は５に記載のアクチュエータユニット。
【請求項７】
前記アクチュエータは、振動体と、前記可動部を構成する被駆動部材と、前記振動体と前記被駆動部材とを加圧接触させる加圧手段とを有する振動型アクチュエータであり、
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り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６のいずれか１項に記載のアクチュエータユニット。
【請求項８】
複数の前記振動体が所定の間隔で配置され、
前記複数の振動体のうち２つの振動体の間に前記センサユニット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７に記載のアクチュエータユニット。
【請求項９】
アクチュエータを内包するケーシングに設けられた窓部が被覆部材に被覆された密閉構造を有するアクチュエータ本体に対して高圧蒸気滅菌処理を行う工程と、
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部材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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１９８４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るアクチュエータユニットは、可動部と、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、前記窓部は被覆部材によって被覆されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係るアクチュエータ本体及びアクチュエータユニットの概略斜視図である。
【図２】図１のアクチュエータ本体及びアクチュエータユニットの概略断面図である。
【図３】図１のアクチュエータユニットを使用するワークフローを示す図である。
【図４】第２実施形態に係るアクチュエータ本体及びアクチュエータユニットの概略斜視図である。
【図５】図４のアクチュエータ本体及びアクチュエータユニットの概略断面図と、アクチュエータ本体を表す断面図中の領域Ａの拡大図である。
【図６】図５のアクチュエータユニットを表す断面図中の領域Ｂの拡大図と、センサユニットの概略斜視図である。
【図７】図５（ｂ）中の直線Ｃを通る平面でのアクチュエータユニットの概略断面図と、断面図中の領域Ｄの拡大図である。
【図８】第３実施形態に係るアクチュエータ本体及びアクチュエータユニットの概略斜視図である。
【図９】図８のアクチュエータ本体及びアクチュエータユニットの概略断面図である。
【図１０】図９中の領域Ｅ，Ｆ，Ｈ，Ｉの拡大図である。
【図１１】図８のアクチュエータ本体が備える振動体の構造を示す斜視図である。
【図１２】図９（ｂ）中の直線Ｇを通る平面でのアクチュエータユニットの概略断面図である。
【図１３】図８のアクチュエータユニットが備えるセンサユニットの概略斜視図と、図１２内の領域Ｊの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
＜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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
＜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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
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
【図１】
0006800623.tif 000002
【図２】
0006800623.tif 000003
【図３】
0006800623.tif 000004
【図４】
0006800623.tif 000005
【図５】
0006800623.tif 000006
【図６】
0006800623.tif 000007
【図７】
0006800623.tif 000008
【図８】
0006800623.tif 000009
【図９】
0006800623.tif 000010
【図１０】
0006800623.tif 000011
【図１１】
0006800623.tif 000012
【図１２】
0006800623.tif 000013
【図１３】
0006800623.tif 000014