(57)【要約】【課題】高温加圧蒸気による滅菌処理を行っても高い位置決め精度を確保することができるようにする。【解決手段】ステータコアとしてのケース１の軸方向両端部に玉軸受２を嵌着する。玉軸受２はセラミック製の転動体を有している。玉軸受２間には外周部に永久磁石４及び磁気ディスク５を有するステンレス製のシャフト３が回転可能に支持されている。ケース１の内周面には薄肉リング８の外周面に固着された６個の空芯コイル７が配置されている。また、ケース１の内周面には、永久磁石４の磁極を検出するためのホール素子９、磁気ディスク５の磁極を検出するためのＭＲ素子１０が配置されている。空芯コイル７、ホール素子９、ＭＲ素子１０は樹脂１２により一体成形されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のステータヨークと、
前記ステータヨークの軸方向両端部に設けられた軸受と、
前記ステータヨークの内周部に配置され、前記軸受に回転可能に支持されたシャフト及び前記シャフトの外周面に装着された永久磁石を備えるロータと、
前記ステータヨークの内周面に設けられ前記永久磁石と対向するように周方向に配置された複数の空芯コイルと、
前記ステータヨークの内周面に設けられ前記ロータの回転位置を検出する検出部を有するエンコーダとを具備する医療用機器の駆動用サーボモータにおいて、
前記永久磁石の外周面と所定の間隙を介して対向配置され前記ステータヨークとの間に前記空芯コイル及び前記検出部を保持する非磁性体からなる薄肉シートを有すると共に、前記軸受は少なくとも転動体がセラミックからなる玉軸受から構成されていることを特徴とする医療用機器の駆動用サーボモータ。
【請求項２】
空芯コイル及び検出部は、樹脂によりモールドされていることを特徴とする請求項１記載の医療用機器の駆動用サーボモータ。
【請求項３】
エンコーダは、シャフトに設けられ前記シャフトと一体的に回転する磁気ディスクを備え、前記検出部は前記磁気ディスクの磁気信号を検出する磁気センサから構成されていることを特徴とする請求項１記載の医療用機器の駆動用サーボモータ。
【請求項４】
磁気センサは、ＭＲ素子から構成されていることを特徴とする請求項３記載の医療用機器の駆動用サーボモータ。
【請求項５】
筒状のステータヨークと、
前記ステータヨークの軸方向両端部に設けられた軸受と、
前記ステータヨークの内周部に配置され、前記軸受に回転可能に支持されたシャフト及び前記シャフトの外周面に装着された永久磁石からなるロータと、
前記ステータヨークの内周面に設けられ前記永久磁石と対向するように周方向に配置された複数の空芯コイルと、
前記ステータヨークの内周面に設けられ前記ロータの回転位置を検出する検出部を有するエンコーダとを具備するサーボモータにおいて、
前記永久磁石の外周面と所定の間隙を介して対向配置され前記ステータヨークとの間に前記空芯コイル及び前記検出部を保持する非磁性体からなる薄肉シートを有すると共に、前記軸受は少なくとも転動体がセラミックからなる玉軸受から構成されていることを特徴とするサーボモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温加圧蒸気に耐え得る医療用機器の駆動用サーボモータ及びサーボモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用機器、特に外科手術や歯科医療等の現場で用いられる医療用機器は、細菌，ウィルス等が当該機器を介して患者に感染することを防止するために、使用の前後に例えば高温加圧蒸気による滅菌処理が施される。従って、上記医療機器に組み込まれる駆動用モータは小形化を図りつつ高温加圧蒸気に耐え得る構成にする必要があり、これに対応するものとして、ブラシレスモータのヨーク表面に耐錆性金属薄層を形成した発明が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３５１２１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記ブラシレスモータは歯科用研磨装置の研磨用ドリルを高速回転させるためのものであり、例えば医療用マニピュレータの駆動用モータのように高い位置決め精度が要求されるものには適していない。医療用マニピュレータの駆動用モータは、ロータの回転位置を高精度で検出するエンコーダ、回転軸を所定位置で確実に保持する軸受等を備えたサーボモータから構成する必要がある。このため、モータ全体の構成が複雑であり、単にヨーク表面に防錆処理を施しただけでは十分ではなかった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温加圧蒸気による滅菌処理を行っても高い位置決め精度を確保することができる医療用機器の駆動用サーボモータ及びサーボモータを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の医療用機器の駆動用サーボモータ及び請求項５のサーボモータは、筒状のステータヨークと、前記ステータヨークの軸方向両端部に設けられた軸受と、前記ステータヨークの内周部に配置され、前記軸受に回転可能に支持されたシャフト及び前記シャフトの外周面に装着された永久磁石を備えるロータと、前記ステータヨークの内周面に設けられ前記永久磁石と対向するように周方向に配置された複数の空芯コイルと、前記ステータヨークの内周面に設けられ前記ロータの回転位置を検出する検出部を有するエンコーダとを具備し、前記永久磁石の外周面と所定の間隙を介して対向配置され前記ステータヨークとの間に前記空芯コイル及び前記検出部を保持する非磁性体からなる薄肉シートを有すると共に、前記軸受を少なくとも転動体がセラミックからなる玉軸受から構成したことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、薄肉シートにより空芯コイル及びエンコーダの検出部を高温加圧蒸気から保護することができると共に、空芯コイルと永久磁石の外周面との間に所定の間隙を確保することができる。このため、滅菌処理を繰り返し施すことによる動作不具合の発生や回転精度の低下を防止できる。更に、玉軸受によりシャフトを支持する構成にしたため、前記シャフトを所定の停止位置で確実に保持することができる。また、玉軸受のうち少なくとも転動体を傷がつきにくく耐摩耗性に優れたセラミックから構成したため、潤滑剤を不要とすることができる。
【０００８】
本発明の請求項２の医療用機器の駆動用サーボモータは、空芯コイル及び検出部を樹脂によりモールドしたことを特徴とする。
上記構成によれば、空芯コイル及び検出部に高温加圧蒸気が到達することを防止できる。また、高温加圧蒸気によりモールド樹脂が膨潤することがあっても、薄肉シートにより径方向内側に向かって膨らむことが防止される。このため、滅菌処理によって永久磁石とロータとの間の寸法が狂うことを防止できる。
【０００９】
本発明の請求項３の医療用機器の駆動用サーボモータは、エンコーダを、シャフトに設けられ前記シャフトと一体的に回転する磁気ディスクと、前記磁気ディスクの磁気信号を検出する磁気センサとから構成したことを特徴とする。
上記構成によれば、ロータの回転角を精度良く検出することができる。
【００１０】
この場合、前記磁気センサはＭＲ素子から構成されていると良い（請求項４の発明）。磁気センサをＭＲ素子から構成することにより、より一層の小形化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例に係るサーボモータは医療用機器例えば医療用マニピュレータのアームを駆動するために用いられるものであり、図１に示すように、ステータコアとしての円筒状のケース１を備えている。前記ケース１は、例えば磁性体ＳＵＳから構成されており、その表面には防錆加工、例えばＮｉメッキが施されている。
【００１２】
前記ケース１の軸方向両端部には玉軸受２が嵌着されている。前記玉軸受２は、外輪２ａ及び内輪２ｂ並びに転動体２ｃの全てがセラミックから構成されている。前記玉軸受２間にはステンレス鋼からなるシャフト３が回転可能に支持されている。前記シャフト３のうち前記ケース１内に位置する部分の外周部には円筒状の永久磁石４及び磁気ディスク５が軸方向に間隔をおいて固定されている。前記永久磁石４は周方向に沿って例えば８極に着磁されている。前記磁気ディスク５は、その周縁部に多数の磁極を有している。前記シャフト３及び永久磁石４からロータ１３が構成される。
【００１３】
一方、前記ケースの１内周面には可撓性を有するＰＣ板６が全周にわたって固着されている。前記ＰＣ板６の内周面のうち前記永久磁石４と対向する部位には複数例えば６個の空芯コイル７が周方向に所定の間隔を存して配置されている。図２に示すように、前記空芯コイル７は非磁性体からなる円筒状の薄肉リング８（薄肉シートに相当）の外周面に固着された状態で前記ＰＣ板６の内周面に配置されている。図示しないが、前記ＰＣ板６には前記ロータ１３を回転駆動するための駆動回路、駆動回路を制御する制御回路等の回路パターンが印刷されており、所定のランド位置に前記コイル７が接続されている。
【００１４】
また、前記ＰＣ板６のうち前記空芯コイル７の図１中右部には、磁気センサとしてのホール素子９及びＭＲ素子１０が並んで実装されている。前記ホール素子９は、シャフト３（ロータ１３）の回転位置に応じた前記永久磁石４の磁気変化を検出する。前記ＭＲ素子１０は、シャフト３の微細な回転位置に応じた前記磁気ディスク５の磁極の磁気変化を検出する。磁気ディスク５及びＭＲ素子１０かエンコーダ１１が構成される。
【００１５】
本実施例では、空芯コイル７及びホール素子９並びにＭＲ素子１０はＰＣ板６と共に樹脂１２で一体成形されている。従って、ケース１と薄肉リング８との間は、空芯コイル７、ホール素子９、ＭＲ素子１０を含んだ樹脂１２で充填された状態になっている。
【００１６】
上記構成においては、ホール素子９及びＭＲ素子１０から出力される回転位置信号に基づいて空芯コイル７に対する通電が制御され、以ってシャフト３が高精度で位置決め制御される。このとき、シャフト３は玉軸受２によって支持されているため、所定の停止位置で確実に保持することができる。
【００１７】
ところで、医療用マニピュレータは、使用の都度、洗浄処理や高温加圧蒸気による滅菌処理（３気圧、１３３℃の水蒸気処理）が施される。このような処理が繰り返し行われても、本実施例に係るサーボモータは動作不具合が発生しないように構成されている。
【００１８】
即ち、玉軸受２をセラミックから構成している。このため、高温加圧蒸気によって錆びることがなく、錆の発生によるシャフト３の回転不良を防止できる。また、セラミックは耐磨耗性に優れるため、潤滑剤を用いなくても安定した回転動作を保持することができる。従って、滅菌処理によって潤滑剤が劣化し、回転性能が低下することがない。
【００１９】
更に、ＰＣ板６、空芯コイル７、ホール素子９、ＭＲ素子１０を樹脂１２で覆い外気と遮断した。このため、高温加圧蒸気がＰＣ板６や空芯コイル７等に到達することがなく、動作不具合の発生を極力防止できる。
【００２０】
また、高温加圧蒸気によって前記樹脂１２が膨潤するおそれがあるが、前記樹脂１２の径方向内周面に薄肉リング８を設けたため、前記樹脂１２が径方向内側に向かって膨潤することを阻止できる。従って、滅菌処理が繰り返し行われても、永久磁石４が樹脂１２と接触することがない。薄肉リング８が無い場合は、樹脂１２と永久磁石４との間の距離を樹脂１２の膨潤を見越した寸法に設定する必要がある。しかし、前記薄肉リング８を設けたことにより、樹脂１２と永久磁石４との間の寸法を極力小さく設定することが可能となるため、一層の小形化を図ることができる。
【００２１】
ステータコアをケース１と兼用したため、サーボモータの一層の小形化を図ることができる。
【００２２】
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような変形が可能である。
上記実施例では、玉軸受を構成する全ての部品をセラミックから構成したが、転動体のみをセラミック製として、他の部分はステンレス鋼から構成しても良い。即ち、転動体を硬く耐摩耗性に優れるセラミックから構成することにより、潤滑剤を不要とすることができるからである。
【００２３】
ＭＲ素子は、ホール素子に比べて端子数が少なく小形化を図ることができる。従って、ホール素子９に代えてＭＲ素子により永久磁石４の磁気強度の変化を検出するようにしても良い。
【００２４】
ＰＣ板６、空芯コイル７、ホール素子９、ＭＲ素子１０の全体を薄肉シートで覆い、外気と遮断するように構成しても良い。この場合は、空芯コイル７等を樹脂でモールドすることを省略できる。
【００２５】
本発明は医療用機器の駆動用サーボモータのほか、高温多湿な環境で使用される機器を駆動するためのサーボモータにも適用できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上の説明から明らかなように、ステータヨークの内周面に空芯コイル及びエンコーダの検出部を設けると共に、ステータヨークとの間に前記空芯コイル及び検出部を保持しロータの永久磁石の外周面と所定の間隙を介して対向配置された薄膜シートを設けたので、滅菌処理により動作不具合が生じたり、モータ性能が低下したりすることを防止できる。また、玉軸受によりシャフトを支持すると共に前記玉軸受のうち少なくとも転動体をセラミックから構成したので、潤滑剤を用いなくても安定した回転動作を保持することができ、しかも、シャフトを所定の停止位置に確実に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すものであり、サーボモータの全体構成を示す縦断側面図
【図２】空芯コイルが薄肉リングの外周面に固着された状態を説明するための斜視図
【符号の説明】
図中、１はケース（ステータコア）、２は玉軸受、３はシャフト、４は永久磁石、５は磁気ディスク、７は空芯コイル、８は薄肉リング（薄肉シート）、１０はＭＲ素子（磁気センサ，検出部）、１１はエンコーダ、１２は樹脂を示す。
【図１】
2004180457.tif 000003
【図２】
2004180457.tif 000004