JP6386665B2 - 超音波アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、回転対象を回転させるアクチュエータ、特に超音波振動を用いて回転対象を回転させるアクチュエータに関する。

小型ロボットや精密機器の発展に伴い、小型でパワーウェイトレシオの高いアクチュエータが求められている。その中でも、圧電素子を用いた超音波モータは、高いパワーウェイトレシオを有するため、カメラレンズの駆動用などに実用化がなされている。これらの中でも、超音波振動子をローターに内蔵する構成に関しては、装置の小型化に適するため、種々の提案がなされている。

また一方で、超音波モータは共振現象を利用して振幅を拡大しているため、製造時の形状誤差や材料の不均一性等に対応するために、製造時もしくは製造後のチューニングが必要である。これらに対応するため、例えば特許文献１の発明では、ステータとなる振動体の本体に、振動体の当接部を押し出す圧縮バネを設け、これら当接部および圧縮バネを接着剤で固化することで、超音波モータのチューニングを可能にしている。

日本国公開特許公報「特開２００９−１５３２８３号（２００９年７月９日公開）」

しかしながら、特許文献１の超音波モータでは、振動体の本体に圧縮バネなどの予圧調整機構が設けられているため、ローターからの反力が振動子の振動モードに影響を与えるという問題がある。特に、接着剤の注入量の個体差によって、振動体の質量にばらつきが生じると、振動体の共振モードが変化する。すなわち、振動子の振動を最適化するためのチューニングにより、却って振動特性を悪化させる懸念がある。

本発明は、以上の課題に鑑みなされたものであり、振動子の振動特性への影響が小さいチューニングを行える超音波アクチュエータを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る超音波アクチュエータは、超音波振動子と、上記超音波振動子の振動によって回転するローターと、上記超音波振動子をその振動の節で保持し、当該超音波振動子を上記ローターに押し付けるための圧力を発生させる予圧機構とを備える。

本発明の一態様によれば、超音波振動子の振動特性への影響が小さいチューニングを行える超音波アクチュエータを提供することができる。

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。 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図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 （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。 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。 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。 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、ガイド上での搬送ローラの位置を示す図である。 （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。 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概略構成を示す模式図である。 （ａ），（ｂ）はいずれも、搬送ローラが図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。 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。 本発明の第五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。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１〜１１に基づいて詳細に説明する。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

図３は、差動駆動機構１１０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１１０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からなる。

上部筐体ユニット１１１は、前部アーム１１１０および後部アーム１１１１を備える。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。

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。

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。

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。

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を備える。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。

連結部１１７は、上部筐体ユニット１１１と下部筐体ユニット１１２とを開閉可能に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。

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。

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。

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。

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防止できる。

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４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）。

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。

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。

（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。

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
ｖ_{ｔｒａｎｓ}=π＊φ＊ω＊ｃｏｓ（θ）
逆方向回転の際の回転速度
ｖ_ｒｏｔ=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。

ここで上記の交差角θは、図３に示されるように前部アーム１１１０および後部アーム１１１１が可動であるため変更が可能であるが、必須ではない。本実施の形態では、施術前の調整により所定の角度に固定されているものとする。なお、この角度の値そのものについては用いる搬送対象の外径、質量、摩擦係数、および施術者の好みとする搬送速度等、数多くの要素に依存する設計事項であり、本発明の適用の可否を左右するものではない。

（インホイールモータ）
（全体構成）
図６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。

図６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。

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。

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。

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。

（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７〜図１０を用いて説明する。図７は、超音波振動子１２の概略構成を示す模式図である。図８および図９は、超音波振動子１２の振動モードを示す模式図である。図１０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。

図７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。

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。

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。

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。

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）Ｏ_３）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。

（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。

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。

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。

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φ_Ａ、φ_Ｂと記す。φ_Ａ、φ_Ｂに同相の２４０ｋＨｚの交流を加えると図８に示される伸縮振動が励振され、逆相であれば、図９に示される屈曲振動が励振される。

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１０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。

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、φ_Ａ、φ_Ｂ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。

（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。

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。

（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。

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。

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１１参照）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。

（パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１）
図１１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。

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。

アーム１５０１ｂおよびアーム１５０２ｂの端部は、ガイドピン１５１７（図６参照）によってガイドローラー１５１６と接続されている。

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。

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１１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。

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。

具体的には、保持部１２１４には、孔部１２１４ａ（図７参照）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６参照）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図１１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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（挿入部搬送ユニット１００の効果）
上述した構成により、本実施形態に係るインホイールモータでは、パンタグラフ型予圧機構１５０、１５１が超音波振動子１２をハウジング１６に押し付ける圧力を、容易に調整することができる。

したがって、超音波振動子の振動特性への影響が小さいチューニングを行える、内接型のインホイールモータが実現できる。

本実施形態の医療装置１では、このようなインホイールモータを用いた差動駆動機構１１０を用いることで、ギヤなどが不要になり、小型で静音、かつ信頼性の高い挿入部搬送ユニットを有することとなる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図１２〜図１４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。

本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ａは、上述した差動駆動機構１１０の構成に加えて、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。当該構成により、挿入部２０１と、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３との交差角θ（図５参照）を調整できる。

（全体構成）
図１２は、本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ａの概略を示す図である。

図１２に示されるように、差動駆動機構１１０Ａ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。

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１１１ａを備える。本実施形態における前部アーム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。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。

下部筐体ユニット１１２は、４つのボールベアリング１１５と、ガイド１１３０・１１３１とを備える。

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。

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。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。

このように本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ａにおける角度変更機構は、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。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。

（角度変更機構の作用）
図１３は、前部搬送ローラ１１１２および後部搬送ローラ１１１３の、ガイド１１３０・１１３１上での位置を示す図である。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、両者が互いに遠ざかるための空間が与えられる。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５参照）は大きくなる。

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。

図１４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。

交差角θが大きい場合、図１４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。

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。

一方、交差角θが小さい場合、図１４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。

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。

挿入部２０１の外径と、交差角θとの関係は、ガイド１１３０・１１３１の形状、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。

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。

また、本実施形態に係る差動駆動機構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。

さらに、本実施形態に係る差動駆動機構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。差動駆動機構１１０Ａにおいては、ガイド１１３０・１１３１間の距離または傾斜面１１３０ａ・１１３１ａの角度を調整することにより交差角θを調整でき、このような好ましい組み合わせでの駆動を実現できる。

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。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図１５および図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。

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。

（全体構成）
図１５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。

図１５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。

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。

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。

（角度変更機構の作用）
図１６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１６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１６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。

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。

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１６（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。

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。

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。

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。

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１６（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。

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。

〔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。

図１７は、本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ｃ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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔実施形態５〕
本発明の他の実施形態について、図１８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。

図１８は、本実施形態に係る差動駆動機構１１０Ｄを示す図である。図１８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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る超音波アクチュエータは、超音波振動子（１２）と、上記超音波振動子の振動によって回転するローター（ハウジング１６）と、上記超音波振動子をその振動の節で保持し、当該超音波振動子を上記ローターに押し付けるための圧力を発生させる予圧機構（パンタグラフ型予圧機構１５０・１５１）とを備える。

上述の構成によれば、超音波アクチュエータは、超音波振動子と、ローターと、予圧機構とを備える。ローターは、超音波振動子の振動によって回転する。予圧機構は、超音波振動子をその振動の節で保持し、超音波振動子をローターに押し付けるための圧力を発生させる。

予圧機構は、超音波振動子をその振動の節で保持するため、超音波振動子をローターに押し付けるための圧力が変化しても、超音波振動子の振動特性への影響が小さい。

したがって、超音波振動子の振動特性への影響が小さいチューニングを行える超音波アクチュエータを提供することができる。

本発明の態様２に係る超音波アクチュエータは、上記態様１において、上記予圧機構は、上記ローターの内面と接触する滑り受け部（ガイドローラー１５１６）を有し、上記ローターは、上記超音波振動子の先端部（接触部１２１５）および上記滑り受け部によって当該ローターの内側から保持されており、上記予圧機構は、上記振動の節と、上記滑り受け部との間の距離を広げる方向の力を発生させてもよい。

上述の構成によれば、予圧機構は、ローターの内面と接触する滑り受け部を有する。ローターは、超音波振動子の先端部および滑り受け部によって、当該ローターの内側から保持されている。予圧機構は、超音波振動子の振動の節と、上記滑り受け部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、超音波振動子をローターに押し付けるための圧力を調整する。

したがって、超音波振動子の先端部と滑り受け部とによって、ローターの保持と、超音波振動子をローターに押し付けるための圧力の調整とが良好に行える。

本発明の態様３に係る超音波アクチュエータは、上記態様１または２において、上記超音波振動子は、上記振動の節に形成された突起である保持部（１２１４）を有し、上記予圧機構は、上記保持部と接続されていてもよい。

上述の構成によれば、予圧機構は、超音波振動子の振動の節に形成された突起である保持部と接続されている。

したがって、予圧機構により超音波振動子を保持することによる、超音波振動子の振動への影響を、さらに低減できる。

本発明の態様４に係る超音波アクチュエータは、上記態様３において、上記保持部は、上記超音波振動子の長軸を対称の軸として左右対称の位置に形成されており、上記予圧機構は、一対の上記保持部のそれぞれと接続されていてもよい。

上述の構成によれば、予圧機構は、超音波振動子の長軸を対称の軸として左右対称の位置に形成されている、一対の保持部のそれぞれと接続されている。

したがって、超音波振動子を安定的に保持できるとともに、それぞれの予圧機構により生じる圧力を異ならせることで、超音波振動子がローターに接触する接触角を調整することも可能となる。

本発明の態様５に係る超音波アクチュエータは、上記態様１から４のいずれかにおいて、上記予圧機構は、一対のアームを備え、上記一対のアームの一方の端部は、互いに角度をなして上記超音波振動子に接続されており、上記予圧機構は、上記一方の端部がなす角度を調整することによって上記圧力を調整してもよい。

上述の構成によれば、予圧機構が備える１対のアームの一方の端部は、互いに角度をなして超音波振動子に接続されている。予圧機構は、上記角度を調整することによって、超音波振動子をローターに押し付けるための圧力を調整する。

したがって、簡単な構造の予圧機構を実現することができる。

本発明の態様６に係る超音波アクチュエータは、上記態様５において、上記角度を調整する調整部材（調整用ネジ１５１４）をさらに備え、当該調整部材の一部は、上記超音波アクチュエータの筐体の外側表面に露出していてもよい。

上述の構成によれば、超音波アクチュエータは、一対のアームの端部がなす角度を調整する調整部材を備える。調整部材の一部は、超音波アクチュエータの筐体の外側表面に露出している。

したがって、超音波アクチュエータの筐体を開けることなく上記角度を調整することができるため、超音波振動子をローターに押し付けるための圧力を、超音波アクチュエータの製造後に容易に調整することができる。

本発明の態様７に係る超音波アクチュエータは、上記態様１から６のいずれかにおいて、上記ローターに、上記超音波振動子が接触する位置を制限するガイド溝が設けられていてもよい。

上述の構成によれば、ローターに、超音波振動子が接触する位置を制限するガイド溝が設けられる。

したがって、超音波振動子は安定してローターを回転させることができる。

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。

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。

１００ 挿入部搬送ユニット
１３０ コントローラユニット
１１１ 上部筐体ユニット
１１２ 下部筐体ユニット
１１１４ 前部インホイールモータ（超音波アクチュエータ）
１１１５ 後部インホイールモータ（超音波アクチュエータ）
１２ 超音波振動子
１２１４ 保持部
１５０、１５１ パンタグラフ型予圧機構
１５０１ａ、１５０１ｂ、１５０２ａ、１５０２ｂ アーム
１５１４ 調整用ネジ（調整部材）
１５１６ ガイドローラー（滑り受け部）
１６ ハウジング（ローター）
１６０５ ガイド溝
２０１ 挿入部

Claims (7)

1. リング状のローターと、これに内接する超音波振動子とを備える超音波アクチュエータであって、
   上記超音波振動子は、複数の予圧機構により保持されており、
   上記予圧機構は、それぞれが、上記超音波振動子にその振動の節近傍にて接続されており、接続されていない側の端において、上記ローターの内面と接触する滑り受け部を有し、
   上記ローターは、上記超音波振動子の先端部および上記滑り受け部によって当該ローターの内側から保持されていることを特徴とする超音波アクチュエータ。
2. 上記予圧機構は、上記振動の節と、上記滑り受け部との間の距離を広げる方向の力を発生させることを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
3. 上記超音波振動子は、上記振動の節に形成された突起である保持部を有し、
   上記予圧機構は、上記保持部と接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波アクチュエータ。
4. 上記保持部は、上記超音波振動子の長軸を対称の軸として左右対称の位置に形成されており、
   上記予圧機構は、一対の上記保持部のそれぞれと接続されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波アクチュエータ。
5. 上記予圧機構は、一対のアームを備え、
   上記一対のアームの一方の端部は、互いに角度をなして上記超音波振動子に接続されており、
   上記予圧機構は、上記一方の端部がなす角度を調整することによって、上記超音波振動子を上記ローターに押し付けるための圧力を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータ。
6. 上記角度を調整する調整部材をさらに備え、
   当該調整部材の一部は、上記超音波アクチュエータの筐体の外側表面に露出していることを特徴とする請求項５に記載の超音波アクチュエータ。
7. 上記ローターに、上記超音波振動子が接触する位置を制限するガイド溝が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータ。
   

Images