医療用アクチュエータ
【課題】 細長いパイプ部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で精度良く変更することができ、生体に悪影響を及ぼすことなく相互接触箇所の摩擦を抑えることができる医療用アクチュエータを提供する。
【解決手段】 細長形状のスピンドルガイド部３と、その先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材２と、先端部材２に回転自在に設けた工具１とを備える。先端部材２は、工具１を保持するスピンドル１３を回転自在に支持する。スピンドルガイド部３は、スピンドル１３に回転を伝達する回転軸２２と、両端に貫通したガイド孔３０ａとを内部に有する。ガイド孔３０ａ内に進退自在に挿通した姿勢操作部材３１を進退動作させて、先端部材２を姿勢変更させる。少なくとも一つの、互いに相対移動する複数の部品の相互接触箇所の表面にＤＬＣ膜を形成する。
【解決手段】 細長形状のスピンドルガイド部３と、その先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材２と、先端部材２に回転自在に設けた工具１とを備える。先端部材２は、工具１を保持するスピンドル１３を回転自在に支持する。スピンドルガイド部３は、スピンドル１３に回転を伝達する回転軸２２と、両端に貫通したガイド孔３０ａとを内部に有する。ガイド孔３０ａ内に進退自在に挿通した姿勢操作部材３１を進退動作させて、先端部材２を姿勢変更させる。少なくとも一つの、互いに相対移動する複数の部品の相互接触箇所の表面にＤＬＣ膜を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工具の姿勢を遠隔操作で変更可能な医療用アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、骨の加工等に用いられる医療用アクチュエータがある。医療用アクチュエータは、直線形状や湾曲形状をした細長いパイプ部の先端に設けた工具を遠隔操作で制御する。ただし、従来の医療用アクチュエータは、工具の回転のみを遠隔操作で制御するだけであったため、複雑な形状の加工や外からは見えにくい箇所の加工が難しかった。また、ドリル加工では、直線だけではなく、湾曲状の加工が可能なことが求められる。さらに、切削加工では、溝内部の奥まった箇所の加工が可能なことが求められる。
【０００３】
整形外科分野において、骨の老化等によって擦り減って使えなくなった関節を新しく人工のものに取り替える人工関節置換手術がある。この手術では、患者の生体骨を人工関節が挿入できるように加工する必要があるが、その加工には、術後の生体骨と人工関節との接着強度を高めるために、人工関節の形状に合わせて精度良く加工することが要求される。
【０００４】
例えば、股関節の人工関節置換手術では、大腿骨の骨の中心にある髄腔部に人工関節挿入用の穴を形成する。人工関節と骨との接触強度を保つには両者の接触面積を大きくとる必要があり、人工関節挿入用の穴は、骨の奥まで延びた細長い形状に加工される。このような骨の切削加工に用いられる医療用アクチュエータとして、細長いパイプ部の先端に工具を回転自在に設け、パイプ部の基端側に設けたモータ等の回転駆動源の駆動により、パイプ部の内部に配した回転軸を介して工具を回転させる構成のものがある（例えば特許文献１）。この種の医療用アクチュエータは、外部に露出した回転部分は先端の工具のみであるため、工具を骨の奥まで挿入することができる。
【０００５】
人工関節置換手術では、皮膚切開や筋肉の切断を伴う。すなわち、人体に傷を付けなければならない。その傷を最小限に抑えるためには、前記パイプ部は真っ直ぐでなく、適度に湾曲している方が良い場合がある。このような状況に対応するためのものとして、次のような従来技術がある。例えば、特許文献２は、パイプ部の中間部を２重に湾曲させて、パイプ部の先端側の軸心位置と基端側の軸心位置とをずらせたものである。このようにパイプ部の軸心位置が先端側と軸心側とでずれているものは、他にも知られている。また、特許文献３は、パイプ部を１８０度回転させたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３０１１４９号公報
【特許文献２】米国特許第４，４６６，４２９号明細書
【特許文献３】米国特許第４，２６５，２３１号明細書
【特許文献４】特開２００１−１７４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
生体骨の人工関節挿入用穴に人工関節を嵌め込んだ状態で、生体骨と人工関節との間に広い隙間があると、術後の接着時間が長くなるため、前記隙間はなるべく狭いのが望ましい。また、生体骨と人工関節の接触面が平滑であることも重要であり、人工関節挿入用穴の加工には高い精度が要求される。しかし、パイプ部がどのような形状であろうとも、工具の動作範囲はパイプ部の形状の制約を受けるため、皮膚切開や筋肉の切断をできるだけ小さくしながら、生体骨と人工関節との間の隙間を狭くかつ両者の接触面が平滑になるように人工関節挿入用穴を加工するのは難しい。
【０００８】
一般に、人工関節置換手術が行われる患者の骨は、老化等により強度が弱くなっていることが多く、骨そのものが変形している場合もある。したがって、通常考えられる以上に、人工関節挿入用穴の加工は難しい。
【０００９】
そこで、本出願人は、人工関節挿入用穴の加工を比較的容易にかつ精度良く行えるようにすることを目的として、先端に設けた工具の姿勢を遠隔操作で変更可能とすることを試みた。工具の姿勢が変更可能であれば、パイプ部の形状に関係なく、工具を適正な姿勢に保持することができるからである。しかし、工具は細長いパイプ部の先端に設けられているため、工具の姿勢を変更させる機構を設ける上で制約が多く、それを克服するための工夫が必要である。また、パイプ部が湾曲部を有することも予想され、その場合でも確実に姿勢変更動作をさせられることが望まれる。
【００１０】
なお、細長いパイプ部を有しない医療用アクチュエータでは、手で握る部分に対して工具が設けられた部分が姿勢変更可能なものがある（例えば特許文献４）が、遠隔操作で工具の姿勢を変更させるものは提案されていない。
【００１１】
工具の姿勢を遠隔操作で変更する構成の場合、複数の部品が互いに相対移動する相互接触箇所が多く存在し、これらの相互接触箇所で摩擦が発生する。この摩擦により部品の摩耗が生じたり、駆動部の指令値と実際の動作との関係にヒステリシスが生じ、工具の位置決め精度が低下する可能性がある。また、摩耗が激しいと、摩耗粉が生体に悪影響を及ぼす危険性がある。そのため、相互接触箇所の摩擦を抑える必要があるが、グリース等の潤滑剤を使用することは生体にとって好ましくない。そこで、生体に悪影響を及ぼすことなく、相互接触箇所の摩擦を抑えることが課題となっている。
【００１２】
この発明は、細長いパイプ部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で精度良く変更することができ、生体に悪影響を及ぼすことなく相互接触箇所の摩擦を抑えることができる医療用アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明にかかる医療用アクチュエータは、細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた工具と、この工具を回転させる工具回転用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる可撓性の姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を前記姿勢変更用駆動源で進退動作させる医療用アクチュエータであって、少なくとも一つの、互いに相対移動する複数の部品の相互接触箇所の表面にＤＬＣ膜を形成したことを特徴とする。ＤＬＣ膜は、ＤＬＣ単独からなる膜または層、もしくはＤＬＣを主体とする膜または層のことを言う。
【００１４】
この構成によれば、先端部材に設けた工具の回転により、骨等の切削が行われる。その場合に、姿勢変更用駆動源により姿勢操作部材を進退させると、この姿勢操作部材の先端が先端部材に対し作用することにより、スピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材が姿勢変更する。姿勢変更用駆動源は、先端部材から離れた位置に設けられており、上記先端部材の姿勢変更は遠隔操作で行われる。姿勢操作部材はガイド孔に挿通されているため、姿勢操作部材が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材に対し適正に作用することができ、先端部材の姿勢変更動作が正確に行われる。また、姿勢操作部材は可撓性であるため、スピンドルガイド部が湾曲した状態でも姿勢変更動作が確実に行われる。
【００１５】
相互接触箇所の表面にＤＬＣ膜を形成すると、グリース等の潤滑剤を使用しなくても相互接触箇所の摩擦係数を低くすることができる。例えば、摩擦係数を約０．１にできる。このため、摩擦によるスティックスリップのような動作を発生させることがなく、スムーズな動作を実現できる。また、相互接触箇所の表面にＤＬＣ膜を形成すると、相互接触箇所の耐摩耗性が向上し、動作の精度を高い状態に維持できる。さらに、摩耗粉の発生を防げる。ＤＬＣ膜は生体適合性があるため、手術等で使用される医療用アクチュエータの表面処理に適する。
【００１６】
この発明において、前記相互接触箇所の一つが前記先端部材連結部であり、この先端部材連結部は、前記スピンドルガイド部側の案内部と前記先端部材側の被案内部とが、前記スピンドルの中心線上に曲率中心が位置する球面状または円筒状のそれぞれの案内面で互いに接する構造である場合、前記案内部の案内面および被案内部の案内面のうち外周面である案内面にＤＬＣ膜を形成するのが良い。
【００１７】
先端部材連結部は、スピンドルガイド部に対して先端部材を姿勢変更させるときに動作する箇所である。そのため、先端部材連結部にＤＬＣ膜を形成することにより、同先端部材連結部の摩擦を小さくして、先端部材のスムーズな姿勢変更動作を実現できる。案内部の案内面および被案内部の案内面のうち、外周面である案内面は、組立前の状態において外部に露出しているため、内周面である案内面よりも、ＤＬＣ膜を形成する処理を行い易い。
【００１８】
この発明において、前記相互接触箇所の一つが前記スピンドルと前記回転軸とを回転伝達可能に連結する回転伝達部であり、この回転伝達部は、前記スピンドルおよび前記回転軸のいずれか一方に設けた突起と他方に設けた溝とを互いに係合させて回転を伝達する構造である場合、前記突起の表面にＤＬＣ膜を形成するのが良い。
【００１９】
また、前記相互接触箇所の一つが前記スピンドルと前記回転軸とを回転伝達可能に連結する回転伝達部であり、この回転伝達部は、前記スピンドルおよび前記回転軸のそれぞれに設けた突起同士を互いに係合させて回転を伝達する構造である場合、前記スピンドルの突起および前記回転軸の突起の両方または一方の表面にＤＬＣ膜を形成するのが良い。
【００２０】
回転伝達部は、先端部材の姿勢に関係なく回転軸からスピンドルに高速回転を伝達する箇所であり、特に耐摩耗性が要求される。回転伝達部にＤＬＣ膜を形成することにより、耐摩擦性を向上させて、安定した回転の伝達が可能になる。回転伝達部が、突起と溝とを係合させて回転を伝達する構造、および突起同士を互いに係合させて回転を伝達する構造のいずれについても、突起の表面は、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜を形成する処理を行い易い。
【００２１】
この発明において、前記相互接触箇所の一つが前記ガイド孔の内周面と前記姿勢操作部材の外周面との接触部である場合、前記姿勢操作部材の外周面にＤＬＣ膜を形成するのが良い。
【００２２】
姿勢操作部材はガイド孔の内周面に案内されて進退する。その際、ガイド孔の内周面と接触して摩擦が発生する。姿勢操作部材の外周面にＤＬＣ膜が形成されていると、ガイド孔の内周面と姿勢操作部材の外周面との摩擦係数が小さくなり、姿勢操作部材がスムーズに進退させられる。姿勢操作部材の外周面は、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜を形成する処理を行い易い。
【００２３】
この発明において、前記先端部材と前記姿勢操作部材の接触点における接線に対し垂直な垂線と前記回転軸の中心線とがなす角度をαとしたとき、α＞０°であり、かつ前記相互接触箇所の一つが前記先端部材と前記姿勢操作部材との接触部である場合、先端部材側の接触部および姿勢操作部材側の接触部の両方または一方の表面にＤＬＣ膜を形成するのが良い。
【００２４】
先端部材の姿勢変更動作時、姿勢操作部材の先端が先端部材の姿勢操作部材との接触面を押すことによって、先端部材が首振り動作して姿勢変更される。その際、先端部材の姿勢操作部材との接触面が姿勢操作部材の進退方向と垂直、すなわち先端部材と姿勢操作部材の接触点における接線に対し垂直な垂線と回転軸の中心線とがなす角度をαとしたとき、α＝０°であると、先端部材と姿勢操作部材との間に滑りが生じないため、先端部材が首振り動作できない。しかし、α＞０°であれば、姿勢操作部材に対して先端部材が滑りながら首振り動作することが可能であり、先端部材を滑らかに姿勢変更できる。
【００２５】
このように、先端部材側の接触部と姿勢操作部材側の接触部とが互いに滑り接触しながら、姿勢操作部材が先端部材に作用力を付与する構成である場合、先端部材と前記姿勢操作部材との接触部に摩擦が生じる。この摩擦による抵抗のため、上記角度αのうち、姿勢操作部材に対して先端部材が滑ることができない角度範囲、すなわち摩擦角が存在する。この摩擦角は、先端部材と姿勢操作部材との接触部の摩擦係数に比例する。したがって、先端部材側の接触部および姿勢操作部材側の接触部の両方または一方の表面にＤＬＣ膜を形成して、先端部材と姿勢操作部材との接触部の摩擦係数を小さくすることで、摩擦角が小さくなり、先端部材のスムーズな姿勢変更が可能になる。また、摩擦角が小さくなれば、姿勢操作部材の進退量に対する先端部材の姿勢変更量が小さくなるため、先端部材の姿勢を細かい分解能で制御できる。
【００２６】
この発明において、前記相互接触箇所の一つは、前記スピンドルガイド部内の前記回転軸を回転自在に支持する回転支持部材であって良い。回転支持部材が転がり軸受である場合、この転がり軸受のボールの表面および内外輪の転走面の両方または一方にＤＬＣ膜を形成するのが良い。
【００２７】
回転支持部材についても、グリース等の潤滑剤を使用するのは好ましくなく、表面に生体適合性のあるＤＬＣ膜を形成することで、耐摩耗性を向上させるのが良い。回転支持部材が転がり軸受である場合、ボールの表面や内外輪の転走面は、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜の形成が容易である。
【００２８】
この発明の医療用アクチュエータは、各部品が生体適合性のある材料からなるのが良い。生体適合性のある材料とは、例えばチタンやステンレス系の材料である。このような生体適合性のある材料からなる部品を用いれば、手術等に使用しても、生体に悪影響を与えない。
【００２９】
この発明において、前記スピンドルガイド部は、湾曲した箇所を有していても良い。姿勢操作部材は可撓性であるため、スピンドルガイド部が湾曲した箇所を有していても、ガイド孔内で進退させることができる。
【００３０】
この発明において、前記ＤＬＣ膜は、物理蒸着法により形成されたものであるのが好ましい。物理蒸着法により形成されたＤＬＣ膜は、耐摩耗性に優れるからである。中でも、アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法が好ましい。
【００３１】
この発明において、基材と前記ＤＬＣ膜との間に、クロムおよびタングステンを含む中間層を形成するのが良い。上記中間層を形成すると、基材とＤＬＣ膜の密着性を高めることができる。
【００３２】
この発明において、前記ＤＬＣ膜の膜厚は０．３〜３μｍであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００３３】
この発明の医療用アクチュエータは、細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた工具と、この工具を回転させる工具回転用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる可撓性の姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を前記姿勢変更用駆動源で進退動作させるものであって、少なくとも一つの、互いに相対移動する複数の部品の相互接触箇所の表面にＤＬＣ膜を形成したため、細長いパイプ部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で精度良く変更することができ、生体に悪影響を及ぼすことなく相互接触箇所の摩擦を抑えることができる
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施形態にかかる医療用アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図２】この発明の異なる実施形態にかかる医療用アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図３】（Ａ）は図１に示す医療用アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのIIIＢ−IIIＢ断面図である。
【図４】（Ａ）は同医療用アクチュエータの回転伝達部の一例の平面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）は一部を省略した側面図である。
【図５】（Ａ）は同回転伝達部の異なる例の平面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）は一部を省略した側面図である。
【図６】（Ａ）は同医療用アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図に制御系を組み合わせて表示した図、（Ｂ）はそのVIＢ−VIＢ断面図である。
【図７】先端部材連結部のＤＬＣ膜形成箇所を示す図である。
【図８】（Ａ）は図４に示す回転伝達部のＤＬＣ膜形成箇所を示す平面図、（Ｂ）はその側面である。
【図９】（Ａ）は図５に示す回転伝達部のＤＬＣ膜形成箇所を示す平面図、（Ｂ）はその側面である。
【図１０】姿勢操作部材のＤＬＣ膜形成箇所を示す図である。
【図１１】転がり軸受のＤＬＣ膜形成箇所の一例を示す図である。
【図１２】転がり軸受のＤＬＣ膜形成箇所の異なる例を示す図である。
【図１３】異なる工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図、（Ｂ）はそのXIIIＢ−XIIIＢ断面図である。
【図１４】さらに異なる工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図、（Ｂ）はそのXIVＢ−XIVＢ断面図である。
【図１５】この発明の異なる実施形態にかかる医療用アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図１６】（Ａ）は同医療用アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図、（Ｂ）はそのXVIＢ−XVIＢ断面図である。
【図１７】同工具回転用駆動機構の工具回転用可撓性ワイヤの断面図である。
【図１８】同姿勢変更用駆動機構の姿勢変更用可撓性ワイヤの断面図である。
【図１９】（Ａ）は先端部材の姿勢を変更する機構が異なる医療用アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXIXＢ−XIXＢ断面図である。
【図２０】（Ａ）は先端部材の姿勢を変更する機構がさらに異なる医療用アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXXＢ−XXＢ断面図である。
【図２１】（Ａ）は先端部材の姿勢を変更する機構がさらに異なる医療用アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXXIＢ−XXIＢ断面図である。
【図２２】（Ａ）は図２０または図２１に示す医療用アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図、（Ｂ）はそのXXIIＢ−XXIIＢ断面図である。
【図２３】（Ａ）は図２０または図２１に示す医療用アクチュエータの異なる工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図、（Ｂ）はそのXXIIIＢ−XXIIIＢ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１および図２は、この発明のそれぞれ異なる実施形態にかかる医療用アクチュエータの概略構成を示す図である。各医療用アクチュエータは、回転式の工具１を保持する先端部材２と、この先端部材２が先端に姿勢変更自在に取付けられた細長形状のスピンドルガイド部３と、このスピンドルガイド部３の基端が結合された駆動部ハウジング４ａと、この駆動部ハウジング４ａ内の工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを制御するコントローラ５とを備える。駆動部ハウジング４ａは、内蔵の工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃと共に駆動部４を構成する。
【００３６】
図３〜図５と共に、先端部材２およびスピンドルガイド部３の内部構造について説明する。図３は図１の医療用アクチュエータについて示すが、図１のようにスピンドルガイド部３が真っ直ぐな形状である場合も、図２のようにスピンドルガイド部３が湾曲した形状である場合も、先端部材２およびスピンドルガイド部３の内部構造は基本的に同じである。
【００３７】
先端部材２は、略円筒状のハウジング１１の内部に、一対の軸受１２によりスピンドル１３が回転自在に支持されている。スピンドル１３は、先端側が開口した筒状で、中空部に工具１のシャンク１ａが嵌合状態に挿入され、回り止めピン１４によりシャンク１ａが回転不能に結合される。この先端部材２は、先端部材連結部１５を介してスピンドルガイド部３の先端に取付けられる。先端部材連結部１５は、先端部材２を姿勢変更自在に支持する手段であり、球面軸受からなる。具体的には、先端部材連結部１５は、ハウジング１１の基端の内径縮径部からなる被案内部１１ａと、スピンドルガイド部３の先端に固定された抜け止め部材２１の鍔状部からなる案内部２１ａとで構成される。両者１１ａ，２１ａの互いに接する各案内面Ｆ１，Ｆ２は、スピンドル１３の中心線ＣＬ１上に曲率中心Ｏが位置し、基端側ほど径が小さい球面とされている。これにより、スピンドルガイド部３に対して先端部材２が抜け止めされるとともに、姿勢変更自在に支持される。この例は、曲率中心Ｏを通るＸ軸回りに先端部材２が姿勢変更する構成であるため、案内面Ｆ１，Ｆ２が、点Ｏを通るＸ軸を軸心とする円筒面であってもよい。
【００３８】
スピンドルガイド部３は、駆動部ハウジング４ａ内の工具回転用駆動源４１（図６）の回転力を前記スピンドル１３へ伝達する回転軸２２を有する。この例では、回転軸２２はワイヤとされ、ある程度の弾性変形が可能である。ワイヤの材質としては、例えば金属、樹脂、グラスファイバー等が用いられる。ワイヤは単線であっても、撚り線であってもよい。
【００３９】
スピンドル１３と回転軸２２とは、自在継手として機能する回転伝達部２３を介して、互いに回転伝達可能に連結されている。回転伝達部２３は、例えば図４に示すように、スピンドル１３の基端およびに回転軸２２の先端にそれぞれ設けられた突起１３ａ，２２ａ同士を互いに係合させて、回転軸２２からスピンドル１３へ回転を伝達する構造である。この例の場合、スピンドル１３側の突起１３ａは、スピンドル１３の中心線ＣＬ１と平行に延びる円柱状で、円周方向の２箇所に等間隔に並んで配置されている。回転軸２２側の突起２２ａは、回転軸２２の先端から回転軸２２の中心線ＣＬ２と直交する方向に延びる円柱状で、その両端が、前記スピンドル１３側の２本の突起１３ａの間にそれぞれ介在している。スピンドル１３側の突起１３ａと回転軸２２側の突起２２ａとの連結箇所の中心は、前記案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置である。この回転伝達部２３の構成であれば、スピンドルガイド部３に対する先端部材２の姿勢に関係なく、回転軸２２からスピンドル１３へ回転を伝達することができる。
【００４０】
また、回転伝達部２３は、図５に示すように、スピンドル１３および回転軸２２のいずれか一方に設けた突起２２ｂと他方に設けた溝１３ｂとを互いに係合させて、回転軸２２からスピンドル１３へ回転を伝達する構造としても良い。この例の場合、スピンドル１３の基端に、スピンドル１３の中心線ＣＬ１と直交する方向に延びる溝１３ｂが設けられ、回転軸２２の先端に、回転軸２２の中心線ＣＬ２と直交する方向に延びる突起２２ｂが設けられている。上記溝１３ｂと突起２２ｂとの連結箇所の中心は、前記案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置である。この回転伝達部２３の構成であっても、スピンドルガイド部３に対する先端部材２の姿勢に関係なく、回転軸２２からスピンドル１３へ回転を伝達することができる。
【００４１】
図３に示すように、スピンドルガイド部３は、このスピンドルガイド部３の外郭となる外郭パイプ２５を有し、この外郭パイプ２５の中心に前記回転軸２２が位置する。回転軸２２は、それぞれ軸方向に離れて配置された複数の転がり軸受２６によって回転自在に支持されている。転がり軸受２６は、スピンドルガイド３内の回転軸２２を回転自在に支持する回転支持部材である。各転がり軸受２６間には、これら転がり軸受２６に予圧を発生させるためのばね要素２７Ａ，２７Ｂが設けられている。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受２６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素２７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素２７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。前記抜け止め部材２１は、固定ピン２８により外郭パイプ２５のパイプエンド部２５ａに固定され、その先端内周部で転がり軸受２９を介して回転軸２２の先端部を回転自在に支持している。パイプエンド部２５ａは、外郭パイプ２５と別部材とし、溶接等により結合してもよい。
【００４２】
外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、両端に貫通する１本のガイドパイプ３０が設けられ、このガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、姿勢操作部材３１が進退自在に挿通されている。この例では、姿勢操作部材３１は、ワイヤ３１ａと、その両端に設けた柱状ピン３１ｂとでなる。
【００４３】
先端部材２側の柱状ピン３１ｂの先端は球面状で、先端部材２の姿勢操作部材３１との接触面であるハウジング１１の基端面１１ｂに当接している。ハウジング１１の基端面１１ｂは外径側ほどスピンドルガイド部３および姿勢操作部材３１側に近い傾斜面であり、先端部材２と姿勢操作部材３１の接触点Ｐにおける接線に対し垂直な垂線ＰＬと回転軸２２の中心線ＣＬ２とがなす角度をαとした場合、常にα＞０°とされている。この実施形態の場合、ハウジング１１の基端面１１ｂは、断面形状が直線状である。基端面１１ｂが姿勢操作部材３１の中心線と直交しない平面であれば、常にα＞０°の関係が保たれる。断面形状が直線状であれば、加工が比較的簡単であるため、製造コストを低減できる。駆動部ハウジング４ａ側の柱状ピン３１ｂの先端も球面状で、後記レバー４３ｂ（図６）の側面に当接している。
【００４４】
上記姿勢操作部材３１が位置する周方向位置に対し１８０度の位相の位置には、先端部材２のハウジング１１の基端面とスピンドルガイド部３の外郭パイプ２５の先端面との間に、例えば圧縮コイルばねからなる復元用弾性部材３２が設けられている。この復元用弾性部材３２は、先端部材２を所定姿勢側へ付勢する作用をする。
【００４５】
また、外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、前記ガイドパイプ３０とは別に、このガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に、複数本の補強シャフト３４が配置されている。これらの補強シャフト３４は、スピンドルガイド部３の剛性を確保するためのものである。ガイドパイプ３０と補強シャフト３４の配列間隔は等間隔とされている。ガイドパイプ３０および補強シャフト３４は、外郭パイプ２５の内径面におよび前記転がり軸受２６の外径面に接している。これにより、転がり軸受２６の外径面を支持している。
【００４６】
図６は、駆動部ハウジング４ａ内の工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを示す。工具回転用駆動機構４ｂは、コントローラ５（図１、図２）により制御される工具回転用駆動源４１を備える。工具回転用駆動源４１は、例えば電動モータであり、その出力軸４１ａが前記回転軸２２の基端に結合させてある。
【００４７】
姿勢変更用駆動機構４ｃは、コントローラ５により制御される姿勢変更用駆動源４２を備える。姿勢変更用駆動源４２は、例えば電動リニアアクチュエータであり、図６（Ａ）の左右方向に移動する出力ロッド４２ａの動きが、レバー機構４３を介して前記姿勢操作部材３１に伝達される。姿勢変更用駆動源４２は、回転モータであってもよい。
【００４８】
レバー機構４３は、支軸４３ａ回りに回動自在なレバー４３ｂを有し、このレバー４３ｂにおける支軸４３ａからの距離が長い作用点Ｐ１に出力ロッド４２ａの力が作用し、支軸４３ａからの距離が短い力点Ｐ２で姿勢操作部材３１に力を与える構成であり、姿勢変更用駆動源４２の出力が増力して姿勢操作部材３１に伝達される。レバー機構４３を設けると、小さな出力のリニアアクチュエータでも姿勢操作部材３１に大きな力を与えることができるので、リニアアクチュエータの小型化が可能になる。なお、回転軸２２は、レバー４３ｂに形成された開口４４を貫通させてある。なお、電動アクチュエータ等を設ける代わりに、手動により先端部材２の姿勢を遠隔操作してもよい。
【００４９】
姿勢変更用駆動機構４ｃには、姿勢変更用駆動源４２の動作量を検出する動作量検出器４５が設けられている。この動作量検出器４５の検出値は、姿勢検出手段４６に出力される。姿勢検出手段４６は、動作量検出器４５の出力により、先端部材２のＸ軸（図３（Ｂ））回りの傾動姿勢を検出する。姿勢検出手段４６は、上記傾動姿勢と動作量検出器４５の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて傾動姿勢を検出する。この姿勢検出手段４６は、コントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。
【００５０】
また、姿勢変更用機構４ｃには、電動アクチュエータである姿勢変更用駆動源４２に供給される電力量を検出する供給電力計４７が設けられている。この供給電力計４７の検出値は、荷重検出手段４８に出力される。荷重検出手段４８は、供給電力計４７の出力により、先端部材２に作用する荷重を検出する。荷重検出手段４８は、上記荷重と供給電力計４７の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて荷重を検出する。この荷重検出手段４８は、コントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。
【００５１】
コントローラ５は、前記姿勢検出手段４６および荷重検出手段４８の検出値に基づき、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を制御する。制御内容については、後で説明する
【００５２】
この医療用アクチュエータは、例えば人工関節置換手術において骨の髄腔部を削るのに使用されるものであり、施術時には、先端部材２の全部または一部が患者の体内に挿入して使用されるか、あるいはスピンドルガイド３の中間部から先が患者の体内に挿入して使用される。そのため、先端部材２およびスピンドルガイド部３を構成する各部品には、生体適合性のある材料が用いられている。生体適合性のある材料とは、例えばチタンやステンレス系（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）の材料である。
【００５３】
この医療用アクチュエータには、互いに相対移動する複数の部品の相互接触箇所が存在する。各相互接触箇所の表面には、摩擦を抑える目的でＤＬＣ膜が形成されている。ＤＬＣ膜とは、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）単独でなる膜または層、またはＤＬＣを主体とする膜または層のことを言う。ＤＬＣ膜のことを、硬質カーボン膜と言うこともある。ＤＬＣ膜の膜厚は０．３〜３μｍであるのが好ましい。なお、ここで言う膜厚は、後記金属中間層を含むものである。
【００５４】
ＤＬＣは、ダイヤモンドとグラファイトが混ざり合ったもので、両者の中間的な構造である。ＤＬＣは、ダイヤモンドと同等に硬度が高く、耐摩耗性、固体潤滑性、熱伝導性、化学安定性、耐腐食性等に優れた特性を有する。ＤＬＣとほぼ同義的に用いられる用語として、硬質非晶質炭素、無定形炭素、硬質非定形炭素、ｉ−カーボン、ダイヤモンド状炭素がある。これらの用語は明確に区別されていない。この明細書中では、上に挙げた用語のものもＤＬＣに含むものとする。これらＤＬＣは、生体適合性のある材料である。
【００５５】
ＤＬＣ膜の形成方法として、物理蒸着法と化学蒸着法とがある。物理蒸着法では、例えばスパッタリング法、アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法（UBMS：Unbalanced Magnetron Spattering）、アークイオンプレーティング法、フィルタ付き低圧アーク放電法（FCVA：Filtered Cathodic Vacuum Arc）、フィルタードアーク法（Filtered Arc Deposition）等を採用することができる。化学蒸着法では、例えばプラズマイオン注入・成膜法（PBII法、Plasma Source Ion Implantation）、直流プラズマＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）、パルスＤＣプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等を採用することができる。いずれの方法を採用しても良いが、形成されたＤＬＣ膜の耐摩耗性に優れる物理蒸着法が好ましく、中でもアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法が好ましい。
【００５６】
基材とＤＬＣ膜の密着性を高めるために、基材とＤＬＣ膜との間に金属中間層を形成するのが好ましい。金属中間層に用いる金属としては、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）等が良い。さらに密着性を高めるために、金属層に含まれる炭素量を表層側へいくほど徐々に増加させて、表層をＤＬＣ単層膜としても良い。また、クロム層（Ｃｒ層）の上に、炭化タングステン層（ＷＣ層）、炭化タングステンとＤＬＣの複合層（ＷＣ−Ｃ層）を重層状態に形成しても良い。ＤＬＣ層の硬度を基材側から表面側へ徐々に硬くなるように変化させて、基材とＤＬＣ層の硬度差を緩和させても良い。
【００５７】
さらに、機能向上のため、ＤＬＣ層に上記クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）等の金属を少なくとも一種類以上添加しても良い。
【００５８】
以下、各相互接触箇所のＤＬＣ膜形成箇所について説明する。
図７に、相互接触箇所が先端部材連結部１５（図３（Ａ））である場合のＤＬＣ膜形成箇所を示す。先端部材連結部１５は、スピンドルガイド部３側の案内部２１ａと先端部材２側の被案内部１１ａとでなっており、両者の案内面Ｆ１，Ｆ２のいずれか一方にＤＬＣ膜を形成すればよいが、この例では、案内部２１ａの案内面Ｆ１にＤＬＣ膜１００を形成してある。その理由は、案内部２１ａの案内面Ｆ１は外周面であり、被案内部１１ａの案内面Ｆ２は内周面であり、外周面である案内面Ｆ１は、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜１００を形成する処理を行い易いからである。このように、案内面Ｆ１にＤＬＣ膜１００を形成することにより、先端部材連結部１５の摩擦を小さくして、先端部材２のスムーズな姿勢変更動作を実現できる。
【００５９】
図８に、相互接触箇所が図４の回転伝達部２３である場合のＤＬＣ膜形成箇所を示す。回転伝達部２３は、スピンドル３に設けた突起１３ａ（図４）と回転軸２２に設けた突起２２ａとを互いに係合させたものであり、両突起１３ａ，２２ａのいずれか一方の表面にＤＬＣ膜を形成すればよいが、この例では、回転軸２２に設けた突起２２ａの表面にＤＬＣ膜１０１を形成してある。スピンドル３に設けた突起１３ａの表面にＤＬＣ膜を形成しても良い（図示せず）。いずれの突起１３ａ，２２ａの表面も、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜１０１を形成する処理を行い易い。このように、突起２２ａの表面にＤＬＣ膜１０１を形成することにより、回転伝達部２３の耐摩擦性を向上させて、安定した回転の伝達が可能になる。
【００６０】
図９に、相互接触箇所が図５の回転伝達部２３である場合のＤＬＣ膜形成箇所を示す。回転伝達部２３は、スピンドル３に設けた溝１３ｂ（図５）と回転軸２２に設けた突起２２ｂとを互いに係合させたものであり、これら溝１３ｂおよび突起２２ｂのいずれか一方の表面にＤＬＣ膜を形成すればよいが、この例では、突起２２ｂの表面にＤＬＣ膜１０２を形成してある。その理由は、突起２２ｂの表面は、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜１０２を形成する処理を行い易いからである。このように、突起２２ｂの表面にＤＬＣ膜１０２を形成することにより、回転伝達部２３の耐摩擦性を向上させて、安定した回転の伝達が可能になる。
【００６１】
図１０に、相互接触箇所がガイド孔３０ａ（図３）の内周面と姿勢操作部材３１の外周面との接触部である場合のＤＬＣ膜形成箇所を示す。ＤＬＣ膜１０３は、姿勢操作部材３１のうちの柱状ピン３１ｂの表面に形成されている。姿勢操作部材３１はガイド孔３０ａの内周面に案内されて進退する。その際、ガイド孔３０ａの内周面と接触して摩擦が発生する。柱状ピン３１ｂの表面にＤＬＣ膜１０３が形成されていると、ガイド孔３０ａの内周面と姿勢操作部材３１の外周面との摩擦係数が小さくなり、姿勢操作部材３１がスムーズに進退させられる。柱状ピン３１ｂの表面は、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜１０３を形成する処理を行い易い。
【００６２】
また、上記ＤＬＣ膜１０３は、相互接触箇所が先端部材２（図３（Ａ））と姿勢操作部材３１との接触部である場合のＤＬＣ膜でもある。後で説明するに、先端部材２の姿勢変更動作時、姿勢操作部材３１の先端が先端部材２の基端面を押すことによって、先端部材２が首振り動作して姿勢変更される。その際、先端部材２の基端面と姿勢操作部材３１の柱状ピン３１ｂの先端面との間に滑りが生じる。柱状ピン３１ｂの表面にＤＬＣ膜１０３が形成されていると、先端部材２の基端面と柱状ピン３１ｂの先端面との摩擦係数が小さくなり、上記滑りが良好で行われ、先端部材２の姿勢変更がスムーズに行われる。
【００６３】
図１１および図１２は、それぞれ回転支持部材である転がり軸受２６のＤＬＣ膜形成箇所を示す。図１１は、転がり軸受２６の内輪２６ａおよび外輪２６ｂの転走面にＤＬＣ膜１０４を形成した例であり、図１２は、転がり軸受２６のボール２６ｃの表面にＤＬＣ膜１０５を形成した例である。内外輪２６ａ，２６ｂの転送面およびボール２６ｃの表面のいずれについても、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜１０３を形成する処理を行い易い。このように、内外輪２６ａ，２６ｂの転送面またはボール２６ｃの表面にＤＬＣ膜１０４，１０５が形成されていると、転がり軸受２６の耐摩耗性を向上させて、回転軸２２を安定して高速回転させることが可能である。転がり軸受１２，２９にも同様にＤＬＣ膜を形成すると良い。
【００６４】
この医療用アクチュエータの動作を説明する。
工具回転用駆動源４１を駆動すると、その回転が回転軸２２を介してスピンドル１３に伝達されて、スピンドル１３と共に工具１が回転する。工具１を回転させて骨等を切削加工する際に先端部材２に作用する荷重は、供給電力計４７の検出値から、荷重検出手段４８によって検出される。このように検出される荷重の値に応じて医療用アクチュエータ全体の送り量や後記先端部材２の姿勢変更を制御することにより、先端部材２に作用する荷重を適正に保った状態で骨の切削加工を行える。
【００６５】
使用時には、姿勢変更用駆動源４２を駆動させて、遠隔操作で先端部材２の姿勢変更を行う。例えば、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を先端側へ進出させると、姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されて、先端部材２は図３（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。逆に、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を後退させると、復元用弾性部材３２の弾性反発力によって先端部材２のハウジング１１が押し戻され、先端部材２は図３（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。このとき、先端部材連結部１５には、姿勢操作部材３１の圧力、復元用弾性部材３２の弾性反発力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。先端部材２の姿勢は、動作量検出器４５の検出値から、姿勢検出手段４６によって検出される。そのため、遠隔操作で先端部材２の姿勢を適正に制御できる。
【００６６】
姿勢操作部材３１は、回転軸２２の中心線ＣＬ２から偏心して位置し、その先端が先端部材２のハウジング１１の基端面１１ｂに接した状態で回転軸２２の中心線ＣＬ２と平行な方向に進退する。そして、姿勢操作部材３１の先端が先端部材２の接触面であるハウジング１１の基端面１１ｂを押すことによって、先端部材２が曲率中心Ｏを中心に首振り動作して姿勢変更される。この際、ハウジング１１の基端面１１ｂが姿勢操作部材３１の進退方向と垂直、すなわち先端部材２と姿勢操作部材３１の接触点Ｐにおける接線に対し垂直な垂線ＰＬと回転軸２２の中心線ＣＬ２とがなす角度α＝０°であると、先端部材２と姿勢操作部材３１との間に滑りが生じないため、先端部材２が首振り動作できない。しかし、α＞０°であれば、先端部材２と姿勢操作部材３１との間の摩擦、および先端部材連結部１５に作用する摩擦に打ち勝って、姿勢操作部材３１に対して先端部材２が滑りながら首振り動作することが可能である。先に説明したように、姿勢操作部材３１の柱状ピン３１ｂの表面にＤＬＣ膜１０３が形成されており、先端部材２と姿勢操作部材３１との間の摩擦が小さくため、両者が円滑に滑ることができる。それにより、先端部材２の姿勢変更がスムーズに行われる。
【００６７】
さらに詳しくは、先端部材２と姿勢操作部材３１間の摩擦による抵抗のため、前記角度αのうち、姿勢操作部材３１に対して先端部材２が滑ることができない角度範囲、すなわち摩擦角が存在する。この摩擦角は、先端部材２と姿勢操作部材３１との接触部の摩擦係数に比例する。したがって、姿勢操作部材３１の柱状ピン３１ｂの表面にＤＬＣ膜１０３を形成して、先端部材２と姿勢操作部材３１との接触部の摩擦係数を小さくすることで、摩擦角を小さくすることができる。摩擦角が小さければ、姿勢操作部材３１の進退量に対する先端部材２の姿勢変更量が小さくなるため、先端部材２の姿勢を細かい分解能で制御できる。
【００６８】
姿勢操作部材３１はガイド孔３０ａに挿通されているため、姿勢操作部材３１が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材２に対し適正に作用することができ、先端部材２の姿勢変更動作が正確に行われる。また、姿勢操作部材３１を構成する姿勢操作ワイヤ３１ａは可撓性であるため、スピンドルガイド部３が湾曲部を有する場合でも先端部材２の姿勢変更動作が確実に行われる。さらに、スピンドル１３と回転軸２２との連結箇所の中心が案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置であるため、先端部材２の姿勢変更によって回転軸２２に対して押し引きする力がかからず、先端部材２が円滑に姿勢変更できる。
【００６９】
この医療用アクチュエータを、例えば人工関節置換手術における骨の髄腔部の切削に使用する場合、先端部材２の全部または一部が患者の体内に挿入される。先端部材２の姿勢を遠隔操作で変更できれば、常に工具１を適正な姿勢に保持した状態で骨の加工をすることができ、人工関節挿入用穴を精度良く仕上げることができる。各部品に生体適合性のある材料を用い、かつ相互接触箇所に生体適合性のあるＤＬＣ膜１００〜１０５を形成することで、先端部材２の円滑な姿勢変更を図っているため、手術等に用いるのに適したものとなっている。
【００７０】
細長形状であるスピンドルガイド部３には、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護状態で設ける必要があるが、外郭パイプ２５の中心部に回転軸２２を設け、外郭パイプ２５と回転軸２２との間に、姿勢操作部材３１を収容したガイドパイプ３０と補強シャフト３４とを円周方向に並べて配置した構成としたことにより、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護し、かつ内部を中空にして軽量化を図りつつ剛性を確保できる。また、全体のバランスも良い。
【００７１】
回転軸２２を支持する転がり軸受２６の外径面を、ガイドパイプ３０と補強シャフト３４とで支持させたため、余分な部材を用いずに転がり軸受２６の外径面を支持できる。また、ばね要素２７Ａ，２７Ｂにより転がり軸受２６に予圧がかけられているため、ワイヤからなる回転軸２２を高速回転させることができる。そのため、スピンドル１３を高速回転させて加工することができ、加工の仕上がりが良く、工具１に作用する切削抵抗を低減させられる。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは隣合う転がり軸受２６間に設けられているので、スピンドルガイド部３の径を大きくせずにばね要素２７Ａ，２７Ｂを設けることができる。
【００７２】
この実施形態では、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２が共通の駆動部ハウジング４ａ内に設けられている。そのため、医療用アクチュエータ全体の構成を簡略にできる。工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２のいずれか一方だけを駆動部ハウジング４ａ内に設けてもよい。また、後で説明するように、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を駆動部ハウジング４ａの外に設けてもよい。
【００７３】
この発明の医療用アクチュエータは、姿勢操作部材３１が可撓性であるため、図２のようにスピンドルガイド部３が湾曲部を有する場合でも先端部材２の姿勢変更動作が確実に行われる。スピンドルガイド部３の一部分のみを湾曲形状としてもよい。スピンドルガイド部３が湾曲形状であれば、直線形状では届きにくい骨の奥まで先端部材２を挿入することが可能となる場合があり、人工関節置換手術における人工関節挿入用穴の加工を精度良く仕上げることが可能になる。スピンドルガイド部３を湾曲形状とする場合、外郭パイプ２５、ガイドパイプ３０、および補強シャフト３４を湾曲形状とする必要がある。また、回転軸２２は変形しやすい材質を用いるのが良く、例えば形状記憶合金が適する。
【００７４】
図１３は、姿勢変更用駆動機構４ｃの異なる構成を示す。工具回転用駆動機構４ｂは、図６のものと同じ構成である。この姿勢変更用駆動機構４ｃは、姿勢変更用駆動源４２と一体に減速機構５３が設けられている。減速機構５３は、姿勢変更用駆動源４２の回転を減速して出力するものであり、その出力軸５３ａに動作変換機構５４Ａが直結されている。動作変換機構５４Ａは、減速機構５３の出力を回転運動から進退運動に変換する機構である。この図例の動作変換機構５４Ａは、減速機構５３の出力を回転運動から直線往復運動に変換して出力する直動機構とされている。
【００７５】
直動機構である動作変換機構５４Ａは、具体的には、両端部が軸受５５で支持され一端が減速機構５３の出力軸５３ａにカップリング５６を介して連結されたボールねじ５７と、このボールねじ５７に螺合するナット５８とでなるボールねじ機構５９を備え、前記ナット５８に、リニアガイド６０によりボールねじ５７の軸方向に移動自在に案内された直動部材６１が固定されている。直動部材６１は、動作変換機構５４Ａの出力部材であって、この直動部材６１の先端面からなる接触部６１ａに姿勢操作部材３１の基端が当接している。
【００７６】
減速機構５３の出力軸５３ａの回転が、ボールねじ機構５９により直線運動に変換されて、直動部材６１がリニアガイド６０に沿って直線移動する。直動部材６１が図１３（Ａ）の左側へ移動するときは、直動部材６１に押された姿勢操作部材３１が前進し、直動部材６１が右側へ移動するときは、前記復元用弾性部材３２の弾性反発力により押し戻されて姿勢操作部材３１が後退する。
【００７７】
直動部材６１にはリニアスケール６２が設置され、このリニアスケール６２の目盛を、駆動部ハウジング４ａに固定されたリニアエンコーダ６３が読み取る。これらリニアスケール６２とリニアエンコーダ６３とで、姿勢操作部材３１の進退位置を検出する位置検出手段６４を構成する。正確には、リニアエンコーダ６３の出力は進退位置推定手段６５に送信され、この進退位置推定手段６５により姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。つまり、位置検出手段６４は、減速機構５３と姿勢操作部材３１間の動力伝達手段である直動部材６１の動作位置を検出し、この検出結果から姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。
【００７８】
進退位置推定手段６５は、姿勢操作部材３１の進退位置とリニアエコンコーダ６３の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。この進退位置推定手段６５は、コントローラ５（図１、図２）に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。コントローラ５は、進退位置推定手段６５の検出値に基づき、姿勢変更用駆動源４２を制御する。
【００７９】
この姿勢変更用駆動機構４ｃの構成によると、姿勢操作部材３１の進退が次のようにして行われる。すなわち、前記姿勢変更用駆動源４２の回転が、減速機構５３により減速され、さらに動作変換機構５４Ａにより回転運動から直線進退運動に変換されて、出力部材である直動部材６１に伝達される。この直動部材６１の進退動作が接触部６１ａより姿勢操作部材３１の基端へ伝達されて、姿勢操作部材３１が進退動作する。減速機構５３が設けられているため、姿勢変更用駆動源４２の出力するトルクが小さくても、大きなトルクを発生させて、直動部材６１に大きな作用力を与えることができる。そのため、姿勢操作部材３１を確実に進退動作させることができ、先端部材２に設けた工具１を正確に位置決めできる。また、姿勢変更用駆動源４２の小型化が可能となり、医療用アクチュエータ全体をコンパクトにできる。
【００８０】
特に、姿勢変更用駆動源４２にロータリアクチュエータを用い、減速機構５３と、その出力を進退運動に変換する動作変換機構５４Ａとを組み合わせ、この動作変換機構５４Ａにより直動部材６１を介して姿勢操作部材３１を進退動作させるようにしたため、医療用アクチュエータ全体をより一層コンパクトにできる。
【００８１】
先端部材２の姿勢は、位置検出手段６４により検出される姿勢操作部材３１の進退位置から求められる。位置検出手段６４の検出値、正確にはリニアエンコーダ６３の検出値をコントローラ５にフィードバックさせて、姿勢変更用駆動源４２の出力量を制御するフィードバック制御を行えば、工具１の位置決め精度を向上させることができる。
【００８２】
図１４は、動作変換機構の異なる例を示す。この動作変換機構５４Ｂは、回転運動を進退運動に変換する機能と、減速機能とを兼ね備えたものである。よって、姿勢変更用駆動源４２に、前記減速機構５３が付設されていない。動作変換機構５４Ｂは、両端部が軸受５５で支持され一端が姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａにカップリング５６を介して連結されたウォーム６７と、支持軸６８ａに支持され前記ウォーム６７と噛み合うウォームホイール６８とを備える。ウォームホイール６８は動作変換機構５４Ｂの出力部材であって、このウォームホイール６８の先端面からなる接触部６８ｂに姿勢操作部材３１の基端が当接している。なお、ウォームホイール６８は、円周の一部にだけ歯が設けられ形状をしており、回転軸２２が挿通される開口６８ｃを有している。
【００８３】
姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａの回転が、ウォーム６７とウォームホイール６８とでなる減速機構により減速されて、出力部材であるウォームホイール６８へ伝達される。ウォームホイール６８の接触部６８ｂが姿勢操作部材３１に対して滑り接触しながら、ウォームホイール６８が揺動することにより、姿勢操作部材３１に進退動作を与える。すなわち、接触部６８ｂが図１４（Ａ）の左側へ回動するときは、接触部６８ｂに押された姿勢操作部材３１が前進し、接触部６８ｂが右側へ回動するときは、前記復元用弾性部材３２の弾性反発力により押し戻されて姿勢操作部材３１が後退する。
【００８４】
姿勢操作部材３１の進退位置は、位置検出手段６４により検出される。この図例の場合、位置検出手段６４は、ウォームホイール６８の背面に設けた被検出部６９と、駆動部ハウジング４ａに固定して設けられ前記被検出部６９の変位を検出する検出部７０とでなる。位置検出手段６４は、光学式であっても磁気式であってもよい。正確には、検出部７０の出力は進退位置推定手段６５に送信され、この進退位置推定手段６５により姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。つまり、位置検出手段６４は、減速機構と姿勢操作部材３１間の動力伝達手段であるウォームホイール６８の動作位置を検出し、この検出結果から姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。
【００８５】
この動作変換機構５４Ｂは減速機構を兼ねる。換言すれば、ウォーム６７とウォームホイール６８とを組み合わせた機構は、動作変換機能を付加した減速機構であると言える。このように、減速機構と動作変換機構を一体化とすることで、減速および動作変換の機能部分を小型でコンパクトにできる。ウォームホイール６８を出力部材としたことで、部品点数を削減にできる。また、ウォーム６７とウォームホイール６８とでなる減速機構は、大きな減速比をとれる。
【００８６】
図１５および図１６は、工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の構成が異なる実施形態を示す。前記実施形態は、工具回転用駆動機構４ｂの工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動機構４ｃの姿勢変更用駆動源４２が駆動部ハウジング４ａ内に設けられているのに対し、図１５、図１６の実施形態は、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２が駆動部ハウジング４ａとは別の駆動源ハウジング８０に設けられている。
【００８７】
この実施形態の工具回転用駆動機構８１は、駆動源ハウジング８０に設けた工具回転用駆動源４１の出力軸４１ａの回転を、工具回転用可撓性ワイヤ８２のインナワイヤ８４（図１７）により、駆動部ハウジング４ａ内の回転軸２２の基端へ伝達する。工具回転用可撓性ワイヤ８２は、例えば図１７に示す構造をしている。すなわち、可撓性のアウタチューブ８３の中心に、可撓性のインナワイヤ８４が、複数の転がり軸受８６によって回転自在に支持されている。そして、インナワイヤ８４の両端が、工具回転用駆動源４１の出力軸４１ａおよび回転軸２２の基端にそれぞれ繋がれている。各転がり軸受８６間には、これら転がり軸受８６に予圧を発生させるためのばね要素８７Ａ，８７Ｂが設けられている。ばね要素８７Ａ，８７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受８６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素８７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素８７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。このように、ばね要素８７Ａ，８７Ｂにより転がり軸受８６に予圧をかけることにより、インナワイヤ８４を高速回転させることができる。市販されているフレキシブルシャフトを使用してもよい。
【００８８】
また、この実施形態の姿勢変更用駆動機構９１は、駆動源ハウジング８０に設けた姿勢変更用駆動源４２の回転を、姿勢変更用可撓性ワイヤ９２のインナワイヤ９４（図１８）により、駆動部ハウジング４ａに設置した減速機構５３へ伝達し、さらに減速機構５３から駆動部ハウジング４ａの動作変換機構５４へ伝達する。この図例の動作変換機構５４は、図１３の動作変換機構５４Ａと同じ構成であって、インナワイヤ９４の回転を直線往復運動に変換して出力する直動機構とされている。図１３と同じ構成の箇所を、その一部に付き同一符号を付して示してある。動作変換機構５４として、前記動作変換機構５４Ｂ等の他の動作変換機構を採用してもよい。
【００８９】
姿勢変更用可撓性ワイヤ９２は、前記工具回転用可撓性ワイヤ８２と同じ構造であり、例えば図１８に示す構造をしている。すなわち、可撓性のアウタチューブ９３の中心に、可撓性のインナワイヤ９４が、複数の転がり軸受９６によって回転自在に支持されている。そして、インナワイヤ９４の両端が、姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａおよび減速機構５３の入力軸４３ｂにそれぞれ繋がれている。各転がり軸受９６間には、これら転がり軸受９６に予圧を発生させるためのばね要素９７Ａ，９７Ｂが設けられている。ばね要素９７Ａ，９７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受９６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素９７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素９７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。このように、ばね要素９７Ａ，９７Ｂにより転がり軸受９６に予圧をかけることにより、インナワイヤ９４を高速回転させることができる。市販されているフレキシブルシャフトを使用しても良い。
【００９０】
姿勢変更用可撓性ワイヤ９２のインナワイヤ９４は回転伝達時に捩れて、その回転伝達上流側と下流側とで回転位相差が生じる。しかし、可撓性ワイヤ９２よりも下流側に減速機構５３が設けられているため、上記回転位相差は減速機構５３の出力側で小さくなる。そのため、可撓性ワイヤ９２の捩れの影響が出力部材である直動部材６１に大きく現れることがなく、姿勢操作部材３１を精度良く進退動作させられる。
【００９１】
このように、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を駆動部ハウジング４ａの外部に設けることにより、駆動部ハウジング４ａを小型化することができる。そのため、駆動部ハウジング４ａを持って医療用アクチュエータを操作する際の取扱性を向上させることができる。なお、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を制御するコントローラ５は、図１５に示すように、駆動源ハウジング８０に接続されている。
【００９２】
図１９は、先端部材２の姿勢を変更させる構成が異なる実施形態を示す。この医療用アクチュエータは、外郭パイプ２５内の互いに１８０度の位相にある周方向位置に２本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、前記同様の姿勢操作ワイヤ３１ａおよび柱状ピン３１ｂからなる姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。２本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は、曲率中心が点Ｏである球面、または点Ｏを通るＸ軸を軸心とする円筒面である。
【００９３】
駆動部４（図示せず）には、２つの姿勢操作部材３１をそれぞれ個別に進退操作させる２つの姿勢変更用駆動源４２（図示せず）が設けられており、これら２つの姿勢変更用駆動源４２を互いに逆向きに駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。例えば、図１９における上側の姿勢操作部材３１を先端側へ進出させ、かつ下側の姿勢操作部材３１を後退させると、上側の姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１９（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。逆に、両姿勢操作部材３１を逆に進退させると、下側の姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１９（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。その際、先端部材連結部１５には、上下２つの姿勢操作部材３１の圧力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。この構成では、２つの姿勢操作部材３１で先端部材２のハウジング１１に加圧されるため、１つ姿勢操作部材３１だけで加圧される前記実施形態に比べ、先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。
【００９４】
図２０は、先端部材２の姿勢を変更させる構成がさらに異なる実施形態を示す。この医療用アクチュエータは、外郭パイプ２５内の互いに１２０度の位相にある周方向位置に３本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に前記同様の姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。３本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は曲率中心が点Ｏである球面であり、先端部材２は任意方向に傾動可能である。
【００９５】
駆動部４には、３つの姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）（図２２、図２３）が設けられており、これら３つの姿勢変更用駆動源４２を互いに連係させて駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。
【００９６】
例えば、図２０における上側の１つの姿勢操作部材３１Ｕを先端側へ進出させ、かつ他の２つの姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを後退させると、上側の姿勢操作部材３１Ｕによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図２０（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。このとき、各姿勢操作部材３１の進退量が適正になるよう、各姿勢変更用駆動源４２が制御される。各姿勢操作部材３１を逆に進退させると、左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図２０（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
【００９７】
また、上側の姿勢操作部材３１Ｕは静止させた状態で、左側の姿勢操作部材３１Ｌを先端側へ進出させ、かつ右側の姿勢操作部材３１Ｒを後退させると、左側の姿勢操作部材３１Ｌによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は右向き、すなわち図２０（Ａ）において紙面の裏側向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを逆に進退させると、右の姿勢操作部材３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は左向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
【００９８】
このように姿勢操作部材３１を円周方向の３箇所に設けることにより、先端部材２を上下左右の２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の方向に姿勢変更することができる。その際、先端部材連結部１５には、３つの姿勢操作部材３１の圧力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。この構成では、３つの姿勢操作部材３１で先端部材２のハウジング１１に加圧されるため、さらに先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。姿勢操作部材３１の数をさらに増やせば、先端部材２の姿勢安定性をより一層高めることができる。
【００９９】
図２１は図２０にものと比べてスピンドルガイド部３の内部構造が異なる実施形態を示す。この医療用アクチュエータのスピンドルガイド部３は、外郭パイプ２５の中空孔２４が、中心部の円形孔部２４ａと、この円形孔部２４ａの外周における互いに１２０度の位相をなす周方向位置から外径側へ凹んだ３つの溝状部２４ｂとでなる。溝状部２４ｂの先端の周壁は、断面半円形である。そして、円形孔部２４ａに回転軸２２と転がり軸受２６とが収容され、各溝状部２４ｂに姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）が収容されている。
【０１００】
外郭パイプ２５を上記断面形状としたことにより、外郭パイプ２５の溝状部２４ｂ以外の箇所の肉厚ｔを厚くなり、外郭パイプ２５の断面２次モーメントが大きくなる。すなわち、スピンドルガイド部３の剛性が高まる。それにより、先端部材２の位置決め精度を向上させられるとともに、切削性を向上させられる。また、溝状部２４ｂにガイドパイプ３０を配置したことにより、ガイドパイプ３０の円周方向の位置決めを容易に行え、組立性が良好である。
【０１０１】
図２０や図２１のように姿勢操作部材３１が周方向の３箇所に設けられている場合、姿勢変更用駆動機構４ｃを例えば図２２または図２３のように構成することができる。
すなわち、図２２の姿勢変更用駆動機構４ｃは、各姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）を左右並列に配置すると共に、各姿勢変更用駆動源４２に対応するレバー４３ｂ（４３ｂＵ，４３ｂＬ，４３ｂＲ）を共通の支軸４３ａ回りに回動自在に設け、各レバー４３ｂにおける支軸４３ａからの距離が長い作用点Ｐ１（Ｐ１Ｕ，Ｐ１Ｌ，Ｐ１Ｒ）に各姿勢変更用駆動源４２の出力ロッド４２ａの力が作用し、支軸４３ａからの距離が短い力点Ｐ２（Ｐ２Ｕ，Ｐ２Ｌ，Ｐ２Ｒ）で姿勢操作部材３１に力を与える構成としてある。これにより、各姿勢変更用駆動源４２の出力が増力して対応する姿勢操作部材３１に伝達させることができる。なお、回転軸２２は、上側の姿勢操作部材３１Ｕ用のレバー４３ｂＵに形成された開口４４を貫通させてある。
【０１０２】
また、図２３の姿勢変更用駆動機構４ｃは、各姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）を設置すると共に、各姿勢変更用駆動源４２に対応する３つの動作変換機構５４（５４Ｕ，５４Ｌ，５４Ｒ）を設ける。図２３は、動作変換機構を、図１３に示す直動機構型の動作変換機構５４Ａとした例である。各動作変換機構５４は、回転軸２２を中心にして放射状に配置してある。
【符号の説明】
【０１０３】
１…工具
２…先端部材
３…スピンドルガイド部
４ａ…駆動部ハウジング
５…コントローラ
１１ａ…被案内部
１３…スピンドル
１３ａ…突起
１３ｂ…溝
１５…先端部材連結部
２１ａ…案内部
２２…回転軸
２２ａ，２２ｂ…突起
２３…回転伝達部
２６…転がり軸受（回転支持部材）
２６ａ…内輪
２６ｂ…外輪
２６ｃ…ボール
３０…ガイドパイプ
３０ａ…ガイド孔
３１…姿勢操作部材
３１ａ…姿勢操作ワイヤ
４１…工具回転用駆動源
４２…姿勢変更用駆動源
１００〜１０５…ＤＬＣ膜
ＣＬ１…スピンドルの中心線
ＣＬ２…回転軸の中心線
Ｆ１，Ｆ２…案内面
Ｏ…曲率中心
Ｐ…接触点
ＰＬ…垂線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工具の姿勢を遠隔操作で変更可能な医療用アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、骨の加工等に用いられる医療用アクチュエータがある。医療用アクチュエータは、直線形状や湾曲形状をした細長いパイプ部の先端に設けた工具を遠隔操作で制御する。ただし、従来の医療用アクチュエータは、工具の回転のみを遠隔操作で制御するだけであったため、複雑な形状の加工や外からは見えにくい箇所の加工が難しかった。また、ドリル加工では、直線だけではなく、湾曲状の加工が可能なことが求められる。さらに、切削加工では、溝内部の奥まった箇所の加工が可能なことが求められる。
【０００３】
整形外科分野において、骨の老化等によって擦り減って使えなくなった関節を新しく人工のものに取り替える人工関節置換手術がある。この手術では、患者の生体骨を人工関節が挿入できるように加工する必要があるが、その加工には、術後の生体骨と人工関節との接着強度を高めるために、人工関節の形状に合わせて精度良く加工することが要求される。
【０００４】
例えば、股関節の人工関節置換手術では、大腿骨の骨の中心にある髄腔部に人工関節挿入用の穴を形成する。人工関節と骨との接触強度を保つには両者の接触面積を大きくとる必要があり、人工関節挿入用の穴は、骨の奥まで延びた細長い形状に加工される。このような骨の切削加工に用いられる医療用アクチュエータとして、細長いパイプ部の先端に工具を回転自在に設け、パイプ部の基端側に設けたモータ等の回転駆動源の駆動により、パイプ部の内部に配した回転軸を介して工具を回転させる構成のものがある（例えば特許文献１）。この種の医療用アクチュエータは、外部に露出した回転部分は先端の工具のみであるため、工具を骨の奥まで挿入することができる。
【０００５】
人工関節置換手術では、皮膚切開や筋肉の切断を伴う。すなわち、人体に傷を付けなければならない。その傷を最小限に抑えるためには、前記パイプ部は真っ直ぐでなく、適度に湾曲している方が良い場合がある。このような状況に対応するためのものとして、次のような従来技術がある。例えば、特許文献２は、パイプ部の中間部を２重に湾曲させて、パイプ部の先端側の軸心位置と基端側の軸心位置とをずらせたものである。このようにパイプ部の軸心位置が先端側と軸心側とでずれているものは、他にも知られている。また、特許文献３は、パイプ部を１８０度回転させたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３０１１４９号公報
【特許文献２】米国特許第４，４６６，４２９号明細書
【特許文献３】米国特許第４，２６５，２３１号明細書
【特許文献４】特開２００１−１７４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
生体骨の人工関節挿入用穴に人工関節を嵌め込んだ状態で、生体骨と人工関節との間に広い隙間があると、術後の接着時間が長くなるため、前記隙間はなるべく狭いのが望ましい。また、生体骨と人工関節の接触面が平滑であることも重要であり、人工関節挿入用穴の加工には高い精度が要求される。しかし、パイプ部がどのような形状であろうとも、工具の動作範囲はパイプ部の形状の制約を受けるため、皮膚切開や筋肉の切断をできるだけ小さくしながら、生体骨と人工関節との間の隙間を狭くかつ両者の接触面が平滑になるように人工関節挿入用穴を加工するのは難しい。
【０００８】
一般に、人工関節置換手術が行われる患者の骨は、老化等により強度が弱くなっていることが多く、骨そのものが変形している場合もある。したがって、通常考えられる以上に、人工関節挿入用穴の加工は難しい。
【０００９】
そこで、本出願人は、人工関節挿入用穴の加工を比較的容易にかつ精度良く行えるようにすることを目的として、先端に設けた工具の姿勢を遠隔操作で変更可能とすることを試みた。工具の姿勢が変更可能であれば、パイプ部の形状に関係なく、工具を適正な姿勢に保持することができるからである。しかし、工具は細長いパイプ部の先端に設けられているため、工具の姿勢を変更させる機構を設ける上で制約が多く、それを克服するための工夫が必要である。また、パイプ部が湾曲部を有することも予想され、その場合でも確実に姿勢変更動作をさせられることが望まれる。
【００１０】
なお、細長いパイプ部を有しない医療用アクチュエータでは、手で握る部分に対して工具が設けられた部分が姿勢変更可能なものがある（例えば特許文献４）が、遠隔操作で工具の姿勢を変更させるものは提案されていない。
【００１１】
工具の姿勢を遠隔操作で変更する構成の場合、複数の部品が互いに相対移動する相互接触箇所が多く存在し、これらの相互接触箇所で摩擦が発生する。この摩擦により部品の摩耗が生じたり、駆動部の指令値と実際の動作との関係にヒステリシスが生じ、工具の位置決め精度が低下する可能性がある。また、摩耗が激しいと、摩耗粉が生体に悪影響を及ぼす危険性がある。そのため、相互接触箇所の摩擦を抑える必要があるが、グリース等の潤滑剤を使用することは生体にとって好ましくない。そこで、生体に悪影響を及ぼすことなく、相互接触箇所の摩擦を抑えることが課題となっている。
【００１２】
この発明は、細長いパイプ部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で精度良く変更することができ、生体に悪影響を及ぼすことなく相互接触箇所の摩擦を抑えることができる医療用アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明にかかる医療用アクチュエータは、細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた工具と、この工具を回転させる工具回転用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる可撓性の姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を前記姿勢変更用駆動源で進退動作させる医療用アクチュエータであって、少なくとも一つの、互いに相対移動する複数の部品の相互接触箇所の表面にＤＬＣ膜を形成したことを特徴とする。ＤＬＣ膜は、ＤＬＣ単独からなる膜または層、もしくはＤＬＣを主体とする膜または層のことを言う。
【００１４】
この構成によれば、先端部材に設けた工具の回転により、骨等の切削が行われる。その場合に、姿勢変更用駆動源により姿勢操作部材を進退させると、この姿勢操作部材の先端が先端部材に対し作用することにより、スピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材が姿勢変更する。姿勢変更用駆動源は、先端部材から離れた位置に設けられており、上記先端部材の姿勢変更は遠隔操作で行われる。姿勢操作部材はガイド孔に挿通されているため、姿勢操作部材が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材に対し適正に作用することができ、先端部材の姿勢変更動作が正確に行われる。また、姿勢操作部材は可撓性であるため、スピンドルガイド部が湾曲した状態でも姿勢変更動作が確実に行われる。
【００１５】
相互接触箇所の表面にＤＬＣ膜を形成すると、グリース等の潤滑剤を使用しなくても相互接触箇所の摩擦係数を低くすることができる。例えば、摩擦係数を約０．１にできる。このため、摩擦によるスティックスリップのような動作を発生させることがなく、スムーズな動作を実現できる。また、相互接触箇所の表面にＤＬＣ膜を形成すると、相互接触箇所の耐摩耗性が向上し、動作の精度を高い状態に維持できる。さらに、摩耗粉の発生を防げる。ＤＬＣ膜は生体適合性があるため、手術等で使用される医療用アクチュエータの表面処理に適する。
【００１６】
この発明において、前記相互接触箇所の一つが前記先端部材連結部であり、この先端部材連結部は、前記スピンドルガイド部側の案内部と前記先端部材側の被案内部とが、前記スピンドルの中心線上に曲率中心が位置する球面状または円筒状のそれぞれの案内面で互いに接する構造である場合、前記案内部の案内面および被案内部の案内面のうち外周面である案内面にＤＬＣ膜を形成するのが良い。
【００１７】
先端部材連結部は、スピンドルガイド部に対して先端部材を姿勢変更させるときに動作する箇所である。そのため、先端部材連結部にＤＬＣ膜を形成することにより、同先端部材連結部の摩擦を小さくして、先端部材のスムーズな姿勢変更動作を実現できる。案内部の案内面および被案内部の案内面のうち、外周面である案内面は、組立前の状態において外部に露出しているため、内周面である案内面よりも、ＤＬＣ膜を形成する処理を行い易い。
【００１８】
この発明において、前記相互接触箇所の一つが前記スピンドルと前記回転軸とを回転伝達可能に連結する回転伝達部であり、この回転伝達部は、前記スピンドルおよび前記回転軸のいずれか一方に設けた突起と他方に設けた溝とを互いに係合させて回転を伝達する構造である場合、前記突起の表面にＤＬＣ膜を形成するのが良い。
【００１９】
また、前記相互接触箇所の一つが前記スピンドルと前記回転軸とを回転伝達可能に連結する回転伝達部であり、この回転伝達部は、前記スピンドルおよび前記回転軸のそれぞれに設けた突起同士を互いに係合させて回転を伝達する構造である場合、前記スピンドルの突起および前記回転軸の突起の両方または一方の表面にＤＬＣ膜を形成するのが良い。
【００２０】
回転伝達部は、先端部材の姿勢に関係なく回転軸からスピンドルに高速回転を伝達する箇所であり、特に耐摩耗性が要求される。回転伝達部にＤＬＣ膜を形成することにより、耐摩擦性を向上させて、安定した回転の伝達が可能になる。回転伝達部が、突起と溝とを係合させて回転を伝達する構造、および突起同士を互いに係合させて回転を伝達する構造のいずれについても、突起の表面は、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜を形成する処理を行い易い。
【００２１】
この発明において、前記相互接触箇所の一つが前記ガイド孔の内周面と前記姿勢操作部材の外周面との接触部である場合、前記姿勢操作部材の外周面にＤＬＣ膜を形成するのが良い。
【００２２】
姿勢操作部材はガイド孔の内周面に案内されて進退する。その際、ガイド孔の内周面と接触して摩擦が発生する。姿勢操作部材の外周面にＤＬＣ膜が形成されていると、ガイド孔の内周面と姿勢操作部材の外周面との摩擦係数が小さくなり、姿勢操作部材がスムーズに進退させられる。姿勢操作部材の外周面は、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜を形成する処理を行い易い。
【００２３】
この発明において、前記先端部材と前記姿勢操作部材の接触点における接線に対し垂直な垂線と前記回転軸の中心線とがなす角度をαとしたとき、α＞０°であり、かつ前記相互接触箇所の一つが前記先端部材と前記姿勢操作部材との接触部である場合、先端部材側の接触部および姿勢操作部材側の接触部の両方または一方の表面にＤＬＣ膜を形成するのが良い。
【００２４】
先端部材の姿勢変更動作時、姿勢操作部材の先端が先端部材の姿勢操作部材との接触面を押すことによって、先端部材が首振り動作して姿勢変更される。その際、先端部材の姿勢操作部材との接触面が姿勢操作部材の進退方向と垂直、すなわち先端部材と姿勢操作部材の接触点における接線に対し垂直な垂線と回転軸の中心線とがなす角度をαとしたとき、α＝０°であると、先端部材と姿勢操作部材との間に滑りが生じないため、先端部材が首振り動作できない。しかし、α＞０°であれば、姿勢操作部材に対して先端部材が滑りながら首振り動作することが可能であり、先端部材を滑らかに姿勢変更できる。
【００２５】
このように、先端部材側の接触部と姿勢操作部材側の接触部とが互いに滑り接触しながら、姿勢操作部材が先端部材に作用力を付与する構成である場合、先端部材と前記姿勢操作部材との接触部に摩擦が生じる。この摩擦による抵抗のため、上記角度αのうち、姿勢操作部材に対して先端部材が滑ることができない角度範囲、すなわち摩擦角が存在する。この摩擦角は、先端部材と姿勢操作部材との接触部の摩擦係数に比例する。したがって、先端部材側の接触部および姿勢操作部材側の接触部の両方または一方の表面にＤＬＣ膜を形成して、先端部材と姿勢操作部材との接触部の摩擦係数を小さくすることで、摩擦角が小さくなり、先端部材のスムーズな姿勢変更が可能になる。また、摩擦角が小さくなれば、姿勢操作部材の進退量に対する先端部材の姿勢変更量が小さくなるため、先端部材の姿勢を細かい分解能で制御できる。
【００２６】
この発明において、前記相互接触箇所の一つは、前記スピンドルガイド部内の前記回転軸を回転自在に支持する回転支持部材であって良い。回転支持部材が転がり軸受である場合、この転がり軸受のボールの表面および内外輪の転走面の両方または一方にＤＬＣ膜を形成するのが良い。
【００２７】
回転支持部材についても、グリース等の潤滑剤を使用するのは好ましくなく、表面に生体適合性のあるＤＬＣ膜を形成することで、耐摩耗性を向上させるのが良い。回転支持部材が転がり軸受である場合、ボールの表面や内外輪の転走面は、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜の形成が容易である。
【００２８】
この発明の医療用アクチュエータは、各部品が生体適合性のある材料からなるのが良い。生体適合性のある材料とは、例えばチタンやステンレス系の材料である。このような生体適合性のある材料からなる部品を用いれば、手術等に使用しても、生体に悪影響を与えない。
【００２９】
この発明において、前記スピンドルガイド部は、湾曲した箇所を有していても良い。姿勢操作部材は可撓性であるため、スピンドルガイド部が湾曲した箇所を有していても、ガイド孔内で進退させることができる。
【００３０】
この発明において、前記ＤＬＣ膜は、物理蒸着法により形成されたものであるのが好ましい。物理蒸着法により形成されたＤＬＣ膜は、耐摩耗性に優れるからである。中でも、アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法が好ましい。
【００３１】
この発明において、基材と前記ＤＬＣ膜との間に、クロムおよびタングステンを含む中間層を形成するのが良い。上記中間層を形成すると、基材とＤＬＣ膜の密着性を高めることができる。
【００３２】
この発明において、前記ＤＬＣ膜の膜厚は０．３〜３μｍであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００３３】
この発明の医療用アクチュエータは、細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた工具と、この工具を回転させる工具回転用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる可撓性の姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を前記姿勢変更用駆動源で進退動作させるものであって、少なくとも一つの、互いに相対移動する複数の部品の相互接触箇所の表面にＤＬＣ膜を形成したため、細長いパイプ部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で精度良く変更することができ、生体に悪影響を及ぼすことなく相互接触箇所の摩擦を抑えることができる
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施形態にかかる医療用アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図２】この発明の異なる実施形態にかかる医療用アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図３】（Ａ）は図１に示す医療用アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのIIIＢ−IIIＢ断面図である。
【図４】（Ａ）は同医療用アクチュエータの回転伝達部の一例の平面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）は一部を省略した側面図である。
【図５】（Ａ）は同回転伝達部の異なる例の平面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）は一部を省略した側面図である。
【図６】（Ａ）は同医療用アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図に制御系を組み合わせて表示した図、（Ｂ）はそのVIＢ−VIＢ断面図である。
【図７】先端部材連結部のＤＬＣ膜形成箇所を示す図である。
【図８】（Ａ）は図４に示す回転伝達部のＤＬＣ膜形成箇所を示す平面図、（Ｂ）はその側面である。
【図９】（Ａ）は図５に示す回転伝達部のＤＬＣ膜形成箇所を示す平面図、（Ｂ）はその側面である。
【図１０】姿勢操作部材のＤＬＣ膜形成箇所を示す図である。
【図１１】転がり軸受のＤＬＣ膜形成箇所の一例を示す図である。
【図１２】転がり軸受のＤＬＣ膜形成箇所の異なる例を示す図である。
【図１３】異なる工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図、（Ｂ）はそのXIIIＢ−XIIIＢ断面図である。
【図１４】さらに異なる工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図、（Ｂ）はそのXIVＢ−XIVＢ断面図である。
【図１５】この発明の異なる実施形態にかかる医療用アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図１６】（Ａ）は同医療用アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図、（Ｂ）はそのXVIＢ−XVIＢ断面図である。
【図１７】同工具回転用駆動機構の工具回転用可撓性ワイヤの断面図である。
【図１８】同姿勢変更用駆動機構の姿勢変更用可撓性ワイヤの断面図である。
【図１９】（Ａ）は先端部材の姿勢を変更する機構が異なる医療用アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXIXＢ−XIXＢ断面図である。
【図２０】（Ａ）は先端部材の姿勢を変更する機構がさらに異なる医療用アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXXＢ−XXＢ断面図である。
【図２１】（Ａ）は先端部材の姿勢を変更する機構がさらに異なる医療用アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXXIＢ−XXIＢ断面図である。
【図２２】（Ａ）は図２０または図２１に示す医療用アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図、（Ｂ）はそのXXIIＢ−XXIIＢ断面図である。
【図２３】（Ａ）は図２０または図２１に示す医療用アクチュエータの異なる工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の断面図、（Ｂ）はそのXXIIIＢ−XXIIIＢ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１および図２は、この発明のそれぞれ異なる実施形態にかかる医療用アクチュエータの概略構成を示す図である。各医療用アクチュエータは、回転式の工具１を保持する先端部材２と、この先端部材２が先端に姿勢変更自在に取付けられた細長形状のスピンドルガイド部３と、このスピンドルガイド部３の基端が結合された駆動部ハウジング４ａと、この駆動部ハウジング４ａ内の工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを制御するコントローラ５とを備える。駆動部ハウジング４ａは、内蔵の工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃと共に駆動部４を構成する。
【００３６】
図３〜図５と共に、先端部材２およびスピンドルガイド部３の内部構造について説明する。図３は図１の医療用アクチュエータについて示すが、図１のようにスピンドルガイド部３が真っ直ぐな形状である場合も、図２のようにスピンドルガイド部３が湾曲した形状である場合も、先端部材２およびスピンドルガイド部３の内部構造は基本的に同じである。
【００３７】
先端部材２は、略円筒状のハウジング１１の内部に、一対の軸受１２によりスピンドル１３が回転自在に支持されている。スピンドル１３は、先端側が開口した筒状で、中空部に工具１のシャンク１ａが嵌合状態に挿入され、回り止めピン１４によりシャンク１ａが回転不能に結合される。この先端部材２は、先端部材連結部１５を介してスピンドルガイド部３の先端に取付けられる。先端部材連結部１５は、先端部材２を姿勢変更自在に支持する手段であり、球面軸受からなる。具体的には、先端部材連結部１５は、ハウジング１１の基端の内径縮径部からなる被案内部１１ａと、スピンドルガイド部３の先端に固定された抜け止め部材２１の鍔状部からなる案内部２１ａとで構成される。両者１１ａ，２１ａの互いに接する各案内面Ｆ１，Ｆ２は、スピンドル１３の中心線ＣＬ１上に曲率中心Ｏが位置し、基端側ほど径が小さい球面とされている。これにより、スピンドルガイド部３に対して先端部材２が抜け止めされるとともに、姿勢変更自在に支持される。この例は、曲率中心Ｏを通るＸ軸回りに先端部材２が姿勢変更する構成であるため、案内面Ｆ１，Ｆ２が、点Ｏを通るＸ軸を軸心とする円筒面であってもよい。
【００３８】
スピンドルガイド部３は、駆動部ハウジング４ａ内の工具回転用駆動源４１（図６）の回転力を前記スピンドル１３へ伝達する回転軸２２を有する。この例では、回転軸２２はワイヤとされ、ある程度の弾性変形が可能である。ワイヤの材質としては、例えば金属、樹脂、グラスファイバー等が用いられる。ワイヤは単線であっても、撚り線であってもよい。
【００３９】
スピンドル１３と回転軸２２とは、自在継手として機能する回転伝達部２３を介して、互いに回転伝達可能に連結されている。回転伝達部２３は、例えば図４に示すように、スピンドル１３の基端およびに回転軸２２の先端にそれぞれ設けられた突起１３ａ，２２ａ同士を互いに係合させて、回転軸２２からスピンドル１３へ回転を伝達する構造である。この例の場合、スピンドル１３側の突起１３ａは、スピンドル１３の中心線ＣＬ１と平行に延びる円柱状で、円周方向の２箇所に等間隔に並んで配置されている。回転軸２２側の突起２２ａは、回転軸２２の先端から回転軸２２の中心線ＣＬ２と直交する方向に延びる円柱状で、その両端が、前記スピンドル１３側の２本の突起１３ａの間にそれぞれ介在している。スピンドル１３側の突起１３ａと回転軸２２側の突起２２ａとの連結箇所の中心は、前記案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置である。この回転伝達部２３の構成であれば、スピンドルガイド部３に対する先端部材２の姿勢に関係なく、回転軸２２からスピンドル１３へ回転を伝達することができる。
【００４０】
また、回転伝達部２３は、図５に示すように、スピンドル１３および回転軸２２のいずれか一方に設けた突起２２ｂと他方に設けた溝１３ｂとを互いに係合させて、回転軸２２からスピンドル１３へ回転を伝達する構造としても良い。この例の場合、スピンドル１３の基端に、スピンドル１３の中心線ＣＬ１と直交する方向に延びる溝１３ｂが設けられ、回転軸２２の先端に、回転軸２２の中心線ＣＬ２と直交する方向に延びる突起２２ｂが設けられている。上記溝１３ｂと突起２２ｂとの連結箇所の中心は、前記案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置である。この回転伝達部２３の構成であっても、スピンドルガイド部３に対する先端部材２の姿勢に関係なく、回転軸２２からスピンドル１３へ回転を伝達することができる。
【００４１】
図３に示すように、スピンドルガイド部３は、このスピンドルガイド部３の外郭となる外郭パイプ２５を有し、この外郭パイプ２５の中心に前記回転軸２２が位置する。回転軸２２は、それぞれ軸方向に離れて配置された複数の転がり軸受２６によって回転自在に支持されている。転がり軸受２６は、スピンドルガイド３内の回転軸２２を回転自在に支持する回転支持部材である。各転がり軸受２６間には、これら転がり軸受２６に予圧を発生させるためのばね要素２７Ａ，２７Ｂが設けられている。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受２６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素２７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素２７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。前記抜け止め部材２１は、固定ピン２８により外郭パイプ２５のパイプエンド部２５ａに固定され、その先端内周部で転がり軸受２９を介して回転軸２２の先端部を回転自在に支持している。パイプエンド部２５ａは、外郭パイプ２５と別部材とし、溶接等により結合してもよい。
【００４２】
外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、両端に貫通する１本のガイドパイプ３０が設けられ、このガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、姿勢操作部材３１が進退自在に挿通されている。この例では、姿勢操作部材３１は、ワイヤ３１ａと、その両端に設けた柱状ピン３１ｂとでなる。
【００４３】
先端部材２側の柱状ピン３１ｂの先端は球面状で、先端部材２の姿勢操作部材３１との接触面であるハウジング１１の基端面１１ｂに当接している。ハウジング１１の基端面１１ｂは外径側ほどスピンドルガイド部３および姿勢操作部材３１側に近い傾斜面であり、先端部材２と姿勢操作部材３１の接触点Ｐにおける接線に対し垂直な垂線ＰＬと回転軸２２の中心線ＣＬ２とがなす角度をαとした場合、常にα＞０°とされている。この実施形態の場合、ハウジング１１の基端面１１ｂは、断面形状が直線状である。基端面１１ｂが姿勢操作部材３１の中心線と直交しない平面であれば、常にα＞０°の関係が保たれる。断面形状が直線状であれば、加工が比較的簡単であるため、製造コストを低減できる。駆動部ハウジング４ａ側の柱状ピン３１ｂの先端も球面状で、後記レバー４３ｂ（図６）の側面に当接している。
【００４４】
上記姿勢操作部材３１が位置する周方向位置に対し１８０度の位相の位置には、先端部材２のハウジング１１の基端面とスピンドルガイド部３の外郭パイプ２５の先端面との間に、例えば圧縮コイルばねからなる復元用弾性部材３２が設けられている。この復元用弾性部材３２は、先端部材２を所定姿勢側へ付勢する作用をする。
【００４５】
また、外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、前記ガイドパイプ３０とは別に、このガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に、複数本の補強シャフト３４が配置されている。これらの補強シャフト３４は、スピンドルガイド部３の剛性を確保するためのものである。ガイドパイプ３０と補強シャフト３４の配列間隔は等間隔とされている。ガイドパイプ３０および補強シャフト３４は、外郭パイプ２５の内径面におよび前記転がり軸受２６の外径面に接している。これにより、転がり軸受２６の外径面を支持している。
【００４６】
図６は、駆動部ハウジング４ａ内の工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを示す。工具回転用駆動機構４ｂは、コントローラ５（図１、図２）により制御される工具回転用駆動源４１を備える。工具回転用駆動源４１は、例えば電動モータであり、その出力軸４１ａが前記回転軸２２の基端に結合させてある。
【００４７】
姿勢変更用駆動機構４ｃは、コントローラ５により制御される姿勢変更用駆動源４２を備える。姿勢変更用駆動源４２は、例えば電動リニアアクチュエータであり、図６（Ａ）の左右方向に移動する出力ロッド４２ａの動きが、レバー機構４３を介して前記姿勢操作部材３１に伝達される。姿勢変更用駆動源４２は、回転モータであってもよい。
【００４８】
レバー機構４３は、支軸４３ａ回りに回動自在なレバー４３ｂを有し、このレバー４３ｂにおける支軸４３ａからの距離が長い作用点Ｐ１に出力ロッド４２ａの力が作用し、支軸４３ａからの距離が短い力点Ｐ２で姿勢操作部材３１に力を与える構成であり、姿勢変更用駆動源４２の出力が増力して姿勢操作部材３１に伝達される。レバー機構４３を設けると、小さな出力のリニアアクチュエータでも姿勢操作部材３１に大きな力を与えることができるので、リニアアクチュエータの小型化が可能になる。なお、回転軸２２は、レバー４３ｂに形成された開口４４を貫通させてある。なお、電動アクチュエータ等を設ける代わりに、手動により先端部材２の姿勢を遠隔操作してもよい。
【００４９】
姿勢変更用駆動機構４ｃには、姿勢変更用駆動源４２の動作量を検出する動作量検出器４５が設けられている。この動作量検出器４５の検出値は、姿勢検出手段４６に出力される。姿勢検出手段４６は、動作量検出器４５の出力により、先端部材２のＸ軸（図３（Ｂ））回りの傾動姿勢を検出する。姿勢検出手段４６は、上記傾動姿勢と動作量検出器４５の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて傾動姿勢を検出する。この姿勢検出手段４６は、コントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。
【００５０】
また、姿勢変更用機構４ｃには、電動アクチュエータである姿勢変更用駆動源４２に供給される電力量を検出する供給電力計４７が設けられている。この供給電力計４７の検出値は、荷重検出手段４８に出力される。荷重検出手段４８は、供給電力計４７の出力により、先端部材２に作用する荷重を検出する。荷重検出手段４８は、上記荷重と供給電力計４７の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて荷重を検出する。この荷重検出手段４８は、コントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。
【００５１】
コントローラ５は、前記姿勢検出手段４６および荷重検出手段４８の検出値に基づき、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を制御する。制御内容については、後で説明する
【００５２】
この医療用アクチュエータは、例えば人工関節置換手術において骨の髄腔部を削るのに使用されるものであり、施術時には、先端部材２の全部または一部が患者の体内に挿入して使用されるか、あるいはスピンドルガイド３の中間部から先が患者の体内に挿入して使用される。そのため、先端部材２およびスピンドルガイド部３を構成する各部品には、生体適合性のある材料が用いられている。生体適合性のある材料とは、例えばチタンやステンレス系（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）の材料である。
【００５３】
この医療用アクチュエータには、互いに相対移動する複数の部品の相互接触箇所が存在する。各相互接触箇所の表面には、摩擦を抑える目的でＤＬＣ膜が形成されている。ＤＬＣ膜とは、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）単独でなる膜または層、またはＤＬＣを主体とする膜または層のことを言う。ＤＬＣ膜のことを、硬質カーボン膜と言うこともある。ＤＬＣ膜の膜厚は０．３〜３μｍであるのが好ましい。なお、ここで言う膜厚は、後記金属中間層を含むものである。
【００５４】
ＤＬＣは、ダイヤモンドとグラファイトが混ざり合ったもので、両者の中間的な構造である。ＤＬＣは、ダイヤモンドと同等に硬度が高く、耐摩耗性、固体潤滑性、熱伝導性、化学安定性、耐腐食性等に優れた特性を有する。ＤＬＣとほぼ同義的に用いられる用語として、硬質非晶質炭素、無定形炭素、硬質非定形炭素、ｉ−カーボン、ダイヤモンド状炭素がある。これらの用語は明確に区別されていない。この明細書中では、上に挙げた用語のものもＤＬＣに含むものとする。これらＤＬＣは、生体適合性のある材料である。
【００５５】
ＤＬＣ膜の形成方法として、物理蒸着法と化学蒸着法とがある。物理蒸着法では、例えばスパッタリング法、アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法（UBMS：Unbalanced Magnetron Spattering）、アークイオンプレーティング法、フィルタ付き低圧アーク放電法（FCVA：Filtered Cathodic Vacuum Arc）、フィルタードアーク法（Filtered Arc Deposition）等を採用することができる。化学蒸着法では、例えばプラズマイオン注入・成膜法（PBII法、Plasma Source Ion Implantation）、直流プラズマＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）、パルスＤＣプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等を採用することができる。いずれの方法を採用しても良いが、形成されたＤＬＣ膜の耐摩耗性に優れる物理蒸着法が好ましく、中でもアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法が好ましい。
【００５６】
基材とＤＬＣ膜の密着性を高めるために、基材とＤＬＣ膜との間に金属中間層を形成するのが好ましい。金属中間層に用いる金属としては、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）等が良い。さらに密着性を高めるために、金属層に含まれる炭素量を表層側へいくほど徐々に増加させて、表層をＤＬＣ単層膜としても良い。また、クロム層（Ｃｒ層）の上に、炭化タングステン層（ＷＣ層）、炭化タングステンとＤＬＣの複合層（ＷＣ−Ｃ層）を重層状態に形成しても良い。ＤＬＣ層の硬度を基材側から表面側へ徐々に硬くなるように変化させて、基材とＤＬＣ層の硬度差を緩和させても良い。
【００５７】
さらに、機能向上のため、ＤＬＣ層に上記クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）等の金属を少なくとも一種類以上添加しても良い。
【００５８】
以下、各相互接触箇所のＤＬＣ膜形成箇所について説明する。
図７に、相互接触箇所が先端部材連結部１５（図３（Ａ））である場合のＤＬＣ膜形成箇所を示す。先端部材連結部１５は、スピンドルガイド部３側の案内部２１ａと先端部材２側の被案内部１１ａとでなっており、両者の案内面Ｆ１，Ｆ２のいずれか一方にＤＬＣ膜を形成すればよいが、この例では、案内部２１ａの案内面Ｆ１にＤＬＣ膜１００を形成してある。その理由は、案内部２１ａの案内面Ｆ１は外周面であり、被案内部１１ａの案内面Ｆ２は内周面であり、外周面である案内面Ｆ１は、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜１００を形成する処理を行い易いからである。このように、案内面Ｆ１にＤＬＣ膜１００を形成することにより、先端部材連結部１５の摩擦を小さくして、先端部材２のスムーズな姿勢変更動作を実現できる。
【００５９】
図８に、相互接触箇所が図４の回転伝達部２３である場合のＤＬＣ膜形成箇所を示す。回転伝達部２３は、スピンドル３に設けた突起１３ａ（図４）と回転軸２２に設けた突起２２ａとを互いに係合させたものであり、両突起１３ａ，２２ａのいずれか一方の表面にＤＬＣ膜を形成すればよいが、この例では、回転軸２２に設けた突起２２ａの表面にＤＬＣ膜１０１を形成してある。スピンドル３に設けた突起１３ａの表面にＤＬＣ膜を形成しても良い（図示せず）。いずれの突起１３ａ，２２ａの表面も、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜１０１を形成する処理を行い易い。このように、突起２２ａの表面にＤＬＣ膜１０１を形成することにより、回転伝達部２３の耐摩擦性を向上させて、安定した回転の伝達が可能になる。
【００６０】
図９に、相互接触箇所が図５の回転伝達部２３である場合のＤＬＣ膜形成箇所を示す。回転伝達部２３は、スピンドル３に設けた溝１３ｂ（図５）と回転軸２２に設けた突起２２ｂとを互いに係合させたものであり、これら溝１３ｂおよび突起２２ｂのいずれか一方の表面にＤＬＣ膜を形成すればよいが、この例では、突起２２ｂの表面にＤＬＣ膜１０２を形成してある。その理由は、突起２２ｂの表面は、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜１０２を形成する処理を行い易いからである。このように、突起２２ｂの表面にＤＬＣ膜１０２を形成することにより、回転伝達部２３の耐摩擦性を向上させて、安定した回転の伝達が可能になる。
【００６１】
図１０に、相互接触箇所がガイド孔３０ａ（図３）の内周面と姿勢操作部材３１の外周面との接触部である場合のＤＬＣ膜形成箇所を示す。ＤＬＣ膜１０３は、姿勢操作部材３１のうちの柱状ピン３１ｂの表面に形成されている。姿勢操作部材３１はガイド孔３０ａの内周面に案内されて進退する。その際、ガイド孔３０ａの内周面と接触して摩擦が発生する。柱状ピン３１ｂの表面にＤＬＣ膜１０３が形成されていると、ガイド孔３０ａの内周面と姿勢操作部材３１の外周面との摩擦係数が小さくなり、姿勢操作部材３１がスムーズに進退させられる。柱状ピン３１ｂの表面は、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜１０３を形成する処理を行い易い。
【００６２】
また、上記ＤＬＣ膜１０３は、相互接触箇所が先端部材２（図３（Ａ））と姿勢操作部材３１との接触部である場合のＤＬＣ膜でもある。後で説明するに、先端部材２の姿勢変更動作時、姿勢操作部材３１の先端が先端部材２の基端面を押すことによって、先端部材２が首振り動作して姿勢変更される。その際、先端部材２の基端面と姿勢操作部材３１の柱状ピン３１ｂの先端面との間に滑りが生じる。柱状ピン３１ｂの表面にＤＬＣ膜１０３が形成されていると、先端部材２の基端面と柱状ピン３１ｂの先端面との摩擦係数が小さくなり、上記滑りが良好で行われ、先端部材２の姿勢変更がスムーズに行われる。
【００６３】
図１１および図１２は、それぞれ回転支持部材である転がり軸受２６のＤＬＣ膜形成箇所を示す。図１１は、転がり軸受２６の内輪２６ａおよび外輪２６ｂの転走面にＤＬＣ膜１０４を形成した例であり、図１２は、転がり軸受２６のボール２６ｃの表面にＤＬＣ膜１０５を形成した例である。内外輪２６ａ，２６ｂの転送面およびボール２６ｃの表面のいずれについても、組立前の状態において外部に露出しているため、ＤＬＣ膜１０３を形成する処理を行い易い。このように、内外輪２６ａ，２６ｂの転送面またはボール２６ｃの表面にＤＬＣ膜１０４，１０５が形成されていると、転がり軸受２６の耐摩耗性を向上させて、回転軸２２を安定して高速回転させることが可能である。転がり軸受１２，２９にも同様にＤＬＣ膜を形成すると良い。
【００６４】
この医療用アクチュエータの動作を説明する。
工具回転用駆動源４１を駆動すると、その回転が回転軸２２を介してスピンドル１３に伝達されて、スピンドル１３と共に工具１が回転する。工具１を回転させて骨等を切削加工する際に先端部材２に作用する荷重は、供給電力計４７の検出値から、荷重検出手段４８によって検出される。このように検出される荷重の値に応じて医療用アクチュエータ全体の送り量や後記先端部材２の姿勢変更を制御することにより、先端部材２に作用する荷重を適正に保った状態で骨の切削加工を行える。
【００６５】
使用時には、姿勢変更用駆動源４２を駆動させて、遠隔操作で先端部材２の姿勢変更を行う。例えば、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を先端側へ進出させると、姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されて、先端部材２は図３（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。逆に、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を後退させると、復元用弾性部材３２の弾性反発力によって先端部材２のハウジング１１が押し戻され、先端部材２は図３（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。このとき、先端部材連結部１５には、姿勢操作部材３１の圧力、復元用弾性部材３２の弾性反発力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。先端部材２の姿勢は、動作量検出器４５の検出値から、姿勢検出手段４６によって検出される。そのため、遠隔操作で先端部材２の姿勢を適正に制御できる。
【００６６】
姿勢操作部材３１は、回転軸２２の中心線ＣＬ２から偏心して位置し、その先端が先端部材２のハウジング１１の基端面１１ｂに接した状態で回転軸２２の中心線ＣＬ２と平行な方向に進退する。そして、姿勢操作部材３１の先端が先端部材２の接触面であるハウジング１１の基端面１１ｂを押すことによって、先端部材２が曲率中心Ｏを中心に首振り動作して姿勢変更される。この際、ハウジング１１の基端面１１ｂが姿勢操作部材３１の進退方向と垂直、すなわち先端部材２と姿勢操作部材３１の接触点Ｐにおける接線に対し垂直な垂線ＰＬと回転軸２２の中心線ＣＬ２とがなす角度α＝０°であると、先端部材２と姿勢操作部材３１との間に滑りが生じないため、先端部材２が首振り動作できない。しかし、α＞０°であれば、先端部材２と姿勢操作部材３１との間の摩擦、および先端部材連結部１５に作用する摩擦に打ち勝って、姿勢操作部材３１に対して先端部材２が滑りながら首振り動作することが可能である。先に説明したように、姿勢操作部材３１の柱状ピン３１ｂの表面にＤＬＣ膜１０３が形成されており、先端部材２と姿勢操作部材３１との間の摩擦が小さくため、両者が円滑に滑ることができる。それにより、先端部材２の姿勢変更がスムーズに行われる。
【００６７】
さらに詳しくは、先端部材２と姿勢操作部材３１間の摩擦による抵抗のため、前記角度αのうち、姿勢操作部材３１に対して先端部材２が滑ることができない角度範囲、すなわち摩擦角が存在する。この摩擦角は、先端部材２と姿勢操作部材３１との接触部の摩擦係数に比例する。したがって、姿勢操作部材３１の柱状ピン３１ｂの表面にＤＬＣ膜１０３を形成して、先端部材２と姿勢操作部材３１との接触部の摩擦係数を小さくすることで、摩擦角を小さくすることができる。摩擦角が小さければ、姿勢操作部材３１の進退量に対する先端部材２の姿勢変更量が小さくなるため、先端部材２の姿勢を細かい分解能で制御できる。
【００６８】
姿勢操作部材３１はガイド孔３０ａに挿通されているため、姿勢操作部材３１が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材２に対し適正に作用することができ、先端部材２の姿勢変更動作が正確に行われる。また、姿勢操作部材３１を構成する姿勢操作ワイヤ３１ａは可撓性であるため、スピンドルガイド部３が湾曲部を有する場合でも先端部材２の姿勢変更動作が確実に行われる。さらに、スピンドル１３と回転軸２２との連結箇所の中心が案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置であるため、先端部材２の姿勢変更によって回転軸２２に対して押し引きする力がかからず、先端部材２が円滑に姿勢変更できる。
【００６９】
この医療用アクチュエータを、例えば人工関節置換手術における骨の髄腔部の切削に使用する場合、先端部材２の全部または一部が患者の体内に挿入される。先端部材２の姿勢を遠隔操作で変更できれば、常に工具１を適正な姿勢に保持した状態で骨の加工をすることができ、人工関節挿入用穴を精度良く仕上げることができる。各部品に生体適合性のある材料を用い、かつ相互接触箇所に生体適合性のあるＤＬＣ膜１００〜１０５を形成することで、先端部材２の円滑な姿勢変更を図っているため、手術等に用いるのに適したものとなっている。
【００７０】
細長形状であるスピンドルガイド部３には、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護状態で設ける必要があるが、外郭パイプ２５の中心部に回転軸２２を設け、外郭パイプ２５と回転軸２２との間に、姿勢操作部材３１を収容したガイドパイプ３０と補強シャフト３４とを円周方向に並べて配置した構成としたことにより、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護し、かつ内部を中空にして軽量化を図りつつ剛性を確保できる。また、全体のバランスも良い。
【００７１】
回転軸２２を支持する転がり軸受２６の外径面を、ガイドパイプ３０と補強シャフト３４とで支持させたため、余分な部材を用いずに転がり軸受２６の外径面を支持できる。また、ばね要素２７Ａ，２７Ｂにより転がり軸受２６に予圧がかけられているため、ワイヤからなる回転軸２２を高速回転させることができる。そのため、スピンドル１３を高速回転させて加工することができ、加工の仕上がりが良く、工具１に作用する切削抵抗を低減させられる。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは隣合う転がり軸受２６間に設けられているので、スピンドルガイド部３の径を大きくせずにばね要素２７Ａ，２７Ｂを設けることができる。
【００７２】
この実施形態では、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２が共通の駆動部ハウジング４ａ内に設けられている。そのため、医療用アクチュエータ全体の構成を簡略にできる。工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２のいずれか一方だけを駆動部ハウジング４ａ内に設けてもよい。また、後で説明するように、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を駆動部ハウジング４ａの外に設けてもよい。
【００７３】
この発明の医療用アクチュエータは、姿勢操作部材３１が可撓性であるため、図２のようにスピンドルガイド部３が湾曲部を有する場合でも先端部材２の姿勢変更動作が確実に行われる。スピンドルガイド部３の一部分のみを湾曲形状としてもよい。スピンドルガイド部３が湾曲形状であれば、直線形状では届きにくい骨の奥まで先端部材２を挿入することが可能となる場合があり、人工関節置換手術における人工関節挿入用穴の加工を精度良く仕上げることが可能になる。スピンドルガイド部３を湾曲形状とする場合、外郭パイプ２５、ガイドパイプ３０、および補強シャフト３４を湾曲形状とする必要がある。また、回転軸２２は変形しやすい材質を用いるのが良く、例えば形状記憶合金が適する。
【００７４】
図１３は、姿勢変更用駆動機構４ｃの異なる構成を示す。工具回転用駆動機構４ｂは、図６のものと同じ構成である。この姿勢変更用駆動機構４ｃは、姿勢変更用駆動源４２と一体に減速機構５３が設けられている。減速機構５３は、姿勢変更用駆動源４２の回転を減速して出力するものであり、その出力軸５３ａに動作変換機構５４Ａが直結されている。動作変換機構５４Ａは、減速機構５３の出力を回転運動から進退運動に変換する機構である。この図例の動作変換機構５４Ａは、減速機構５３の出力を回転運動から直線往復運動に変換して出力する直動機構とされている。
【００７５】
直動機構である動作変換機構５４Ａは、具体的には、両端部が軸受５５で支持され一端が減速機構５３の出力軸５３ａにカップリング５６を介して連結されたボールねじ５７と、このボールねじ５７に螺合するナット５８とでなるボールねじ機構５９を備え、前記ナット５８に、リニアガイド６０によりボールねじ５７の軸方向に移動自在に案内された直動部材６１が固定されている。直動部材６１は、動作変換機構５４Ａの出力部材であって、この直動部材６１の先端面からなる接触部６１ａに姿勢操作部材３１の基端が当接している。
【００７６】
減速機構５３の出力軸５３ａの回転が、ボールねじ機構５９により直線運動に変換されて、直動部材６１がリニアガイド６０に沿って直線移動する。直動部材６１が図１３（Ａ）の左側へ移動するときは、直動部材６１に押された姿勢操作部材３１が前進し、直動部材６１が右側へ移動するときは、前記復元用弾性部材３２の弾性反発力により押し戻されて姿勢操作部材３１が後退する。
【００７７】
直動部材６１にはリニアスケール６２が設置され、このリニアスケール６２の目盛を、駆動部ハウジング４ａに固定されたリニアエンコーダ６３が読み取る。これらリニアスケール６２とリニアエンコーダ６３とで、姿勢操作部材３１の進退位置を検出する位置検出手段６４を構成する。正確には、リニアエンコーダ６３の出力は進退位置推定手段６５に送信され、この進退位置推定手段６５により姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。つまり、位置検出手段６４は、減速機構５３と姿勢操作部材３１間の動力伝達手段である直動部材６１の動作位置を検出し、この検出結果から姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。
【００７８】
進退位置推定手段６５は、姿勢操作部材３１の進退位置とリニアエコンコーダ６３の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。この進退位置推定手段６５は、コントローラ５（図１、図２）に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。コントローラ５は、進退位置推定手段６５の検出値に基づき、姿勢変更用駆動源４２を制御する。
【００７９】
この姿勢変更用駆動機構４ｃの構成によると、姿勢操作部材３１の進退が次のようにして行われる。すなわち、前記姿勢変更用駆動源４２の回転が、減速機構５３により減速され、さらに動作変換機構５４Ａにより回転運動から直線進退運動に変換されて、出力部材である直動部材６１に伝達される。この直動部材６１の進退動作が接触部６１ａより姿勢操作部材３１の基端へ伝達されて、姿勢操作部材３１が進退動作する。減速機構５３が設けられているため、姿勢変更用駆動源４２の出力するトルクが小さくても、大きなトルクを発生させて、直動部材６１に大きな作用力を与えることができる。そのため、姿勢操作部材３１を確実に進退動作させることができ、先端部材２に設けた工具１を正確に位置決めできる。また、姿勢変更用駆動源４２の小型化が可能となり、医療用アクチュエータ全体をコンパクトにできる。
【００８０】
特に、姿勢変更用駆動源４２にロータリアクチュエータを用い、減速機構５３と、その出力を進退運動に変換する動作変換機構５４Ａとを組み合わせ、この動作変換機構５４Ａにより直動部材６１を介して姿勢操作部材３１を進退動作させるようにしたため、医療用アクチュエータ全体をより一層コンパクトにできる。
【００８１】
先端部材２の姿勢は、位置検出手段６４により検出される姿勢操作部材３１の進退位置から求められる。位置検出手段６４の検出値、正確にはリニアエンコーダ６３の検出値をコントローラ５にフィードバックさせて、姿勢変更用駆動源４２の出力量を制御するフィードバック制御を行えば、工具１の位置決め精度を向上させることができる。
【００８２】
図１４は、動作変換機構の異なる例を示す。この動作変換機構５４Ｂは、回転運動を進退運動に変換する機能と、減速機能とを兼ね備えたものである。よって、姿勢変更用駆動源４２に、前記減速機構５３が付設されていない。動作変換機構５４Ｂは、両端部が軸受５５で支持され一端が姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａにカップリング５６を介して連結されたウォーム６７と、支持軸６８ａに支持され前記ウォーム６７と噛み合うウォームホイール６８とを備える。ウォームホイール６８は動作変換機構５４Ｂの出力部材であって、このウォームホイール６８の先端面からなる接触部６８ｂに姿勢操作部材３１の基端が当接している。なお、ウォームホイール６８は、円周の一部にだけ歯が設けられ形状をしており、回転軸２２が挿通される開口６８ｃを有している。
【００８３】
姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａの回転が、ウォーム６７とウォームホイール６８とでなる減速機構により減速されて、出力部材であるウォームホイール６８へ伝達される。ウォームホイール６８の接触部６８ｂが姿勢操作部材３１に対して滑り接触しながら、ウォームホイール６８が揺動することにより、姿勢操作部材３１に進退動作を与える。すなわち、接触部６８ｂが図１４（Ａ）の左側へ回動するときは、接触部６８ｂに押された姿勢操作部材３１が前進し、接触部６８ｂが右側へ回動するときは、前記復元用弾性部材３２の弾性反発力により押し戻されて姿勢操作部材３１が後退する。
【００８４】
姿勢操作部材３１の進退位置は、位置検出手段６４により検出される。この図例の場合、位置検出手段６４は、ウォームホイール６８の背面に設けた被検出部６９と、駆動部ハウジング４ａに固定して設けられ前記被検出部６９の変位を検出する検出部７０とでなる。位置検出手段６４は、光学式であっても磁気式であってもよい。正確には、検出部７０の出力は進退位置推定手段６５に送信され、この進退位置推定手段６５により姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。つまり、位置検出手段６４は、減速機構と姿勢操作部材３１間の動力伝達手段であるウォームホイール６８の動作位置を検出し、この検出結果から姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。
【００８５】
この動作変換機構５４Ｂは減速機構を兼ねる。換言すれば、ウォーム６７とウォームホイール６８とを組み合わせた機構は、動作変換機能を付加した減速機構であると言える。このように、減速機構と動作変換機構を一体化とすることで、減速および動作変換の機能部分を小型でコンパクトにできる。ウォームホイール６８を出力部材としたことで、部品点数を削減にできる。また、ウォーム６７とウォームホイール６８とでなる減速機構は、大きな減速比をとれる。
【００８６】
図１５および図１６は、工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の構成が異なる実施形態を示す。前記実施形態は、工具回転用駆動機構４ｂの工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動機構４ｃの姿勢変更用駆動源４２が駆動部ハウジング４ａ内に設けられているのに対し、図１５、図１６の実施形態は、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２が駆動部ハウジング４ａとは別の駆動源ハウジング８０に設けられている。
【００８７】
この実施形態の工具回転用駆動機構８１は、駆動源ハウジング８０に設けた工具回転用駆動源４１の出力軸４１ａの回転を、工具回転用可撓性ワイヤ８２のインナワイヤ８４（図１７）により、駆動部ハウジング４ａ内の回転軸２２の基端へ伝達する。工具回転用可撓性ワイヤ８２は、例えば図１７に示す構造をしている。すなわち、可撓性のアウタチューブ８３の中心に、可撓性のインナワイヤ８４が、複数の転がり軸受８６によって回転自在に支持されている。そして、インナワイヤ８４の両端が、工具回転用駆動源４１の出力軸４１ａおよび回転軸２２の基端にそれぞれ繋がれている。各転がり軸受８６間には、これら転がり軸受８６に予圧を発生させるためのばね要素８７Ａ，８７Ｂが設けられている。ばね要素８７Ａ，８７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受８６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素８７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素８７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。このように、ばね要素８７Ａ，８７Ｂにより転がり軸受８６に予圧をかけることにより、インナワイヤ８４を高速回転させることができる。市販されているフレキシブルシャフトを使用してもよい。
【００８８】
また、この実施形態の姿勢変更用駆動機構９１は、駆動源ハウジング８０に設けた姿勢変更用駆動源４２の回転を、姿勢変更用可撓性ワイヤ９２のインナワイヤ９４（図１８）により、駆動部ハウジング４ａに設置した減速機構５３へ伝達し、さらに減速機構５３から駆動部ハウジング４ａの動作変換機構５４へ伝達する。この図例の動作変換機構５４は、図１３の動作変換機構５４Ａと同じ構成であって、インナワイヤ９４の回転を直線往復運動に変換して出力する直動機構とされている。図１３と同じ構成の箇所を、その一部に付き同一符号を付して示してある。動作変換機構５４として、前記動作変換機構５４Ｂ等の他の動作変換機構を採用してもよい。
【００８９】
姿勢変更用可撓性ワイヤ９２は、前記工具回転用可撓性ワイヤ８２と同じ構造であり、例えば図１８に示す構造をしている。すなわち、可撓性のアウタチューブ９３の中心に、可撓性のインナワイヤ９４が、複数の転がり軸受９６によって回転自在に支持されている。そして、インナワイヤ９４の両端が、姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａおよび減速機構５３の入力軸４３ｂにそれぞれ繋がれている。各転がり軸受９６間には、これら転がり軸受９６に予圧を発生させるためのばね要素９７Ａ，９７Ｂが設けられている。ばね要素９７Ａ，９７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受９６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素９７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素９７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。このように、ばね要素９７Ａ，９７Ｂにより転がり軸受９６に予圧をかけることにより、インナワイヤ９４を高速回転させることができる。市販されているフレキシブルシャフトを使用しても良い。
【００９０】
姿勢変更用可撓性ワイヤ９２のインナワイヤ９４は回転伝達時に捩れて、その回転伝達上流側と下流側とで回転位相差が生じる。しかし、可撓性ワイヤ９２よりも下流側に減速機構５３が設けられているため、上記回転位相差は減速機構５３の出力側で小さくなる。そのため、可撓性ワイヤ９２の捩れの影響が出力部材である直動部材６１に大きく現れることがなく、姿勢操作部材３１を精度良く進退動作させられる。
【００９１】
このように、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を駆動部ハウジング４ａの外部に設けることにより、駆動部ハウジング４ａを小型化することができる。そのため、駆動部ハウジング４ａを持って医療用アクチュエータを操作する際の取扱性を向上させることができる。なお、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を制御するコントローラ５は、図１５に示すように、駆動源ハウジング８０に接続されている。
【００９２】
図１９は、先端部材２の姿勢を変更させる構成が異なる実施形態を示す。この医療用アクチュエータは、外郭パイプ２５内の互いに１８０度の位相にある周方向位置に２本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、前記同様の姿勢操作ワイヤ３１ａおよび柱状ピン３１ｂからなる姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。２本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は、曲率中心が点Ｏである球面、または点Ｏを通るＸ軸を軸心とする円筒面である。
【００９３】
駆動部４（図示せず）には、２つの姿勢操作部材３１をそれぞれ個別に進退操作させる２つの姿勢変更用駆動源４２（図示せず）が設けられており、これら２つの姿勢変更用駆動源４２を互いに逆向きに駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。例えば、図１９における上側の姿勢操作部材３１を先端側へ進出させ、かつ下側の姿勢操作部材３１を後退させると、上側の姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１９（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。逆に、両姿勢操作部材３１を逆に進退させると、下側の姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１９（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。その際、先端部材連結部１５には、上下２つの姿勢操作部材３１の圧力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。この構成では、２つの姿勢操作部材３１で先端部材２のハウジング１１に加圧されるため、１つ姿勢操作部材３１だけで加圧される前記実施形態に比べ、先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。
【００９４】
図２０は、先端部材２の姿勢を変更させる構成がさらに異なる実施形態を示す。この医療用アクチュエータは、外郭パイプ２５内の互いに１２０度の位相にある周方向位置に３本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に前記同様の姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。３本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は曲率中心が点Ｏである球面であり、先端部材２は任意方向に傾動可能である。
【００９５】
駆動部４には、３つの姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）（図２２、図２３）が設けられており、これら３つの姿勢変更用駆動源４２を互いに連係させて駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。
【００９６】
例えば、図２０における上側の１つの姿勢操作部材３１Ｕを先端側へ進出させ、かつ他の２つの姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを後退させると、上側の姿勢操作部材３１Ｕによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図２０（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。このとき、各姿勢操作部材３１の進退量が適正になるよう、各姿勢変更用駆動源４２が制御される。各姿勢操作部材３１を逆に進退させると、左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図２０（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
【００９７】
また、上側の姿勢操作部材３１Ｕは静止させた状態で、左側の姿勢操作部材３１Ｌを先端側へ進出させ、かつ右側の姿勢操作部材３１Ｒを後退させると、左側の姿勢操作部材３１Ｌによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は右向き、すなわち図２０（Ａ）において紙面の裏側向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを逆に進退させると、右の姿勢操作部材３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は左向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
【００９８】
このように姿勢操作部材３１を円周方向の３箇所に設けることにより、先端部材２を上下左右の２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の方向に姿勢変更することができる。その際、先端部材連結部１５には、３つの姿勢操作部材３１の圧力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。この構成では、３つの姿勢操作部材３１で先端部材２のハウジング１１に加圧されるため、さらに先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。姿勢操作部材３１の数をさらに増やせば、先端部材２の姿勢安定性をより一層高めることができる。
【００９９】
図２１は図２０にものと比べてスピンドルガイド部３の内部構造が異なる実施形態を示す。この医療用アクチュエータのスピンドルガイド部３は、外郭パイプ２５の中空孔２４が、中心部の円形孔部２４ａと、この円形孔部２４ａの外周における互いに１２０度の位相をなす周方向位置から外径側へ凹んだ３つの溝状部２４ｂとでなる。溝状部２４ｂの先端の周壁は、断面半円形である。そして、円形孔部２４ａに回転軸２２と転がり軸受２６とが収容され、各溝状部２４ｂに姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）が収容されている。
【０１００】
外郭パイプ２５を上記断面形状としたことにより、外郭パイプ２５の溝状部２４ｂ以外の箇所の肉厚ｔを厚くなり、外郭パイプ２５の断面２次モーメントが大きくなる。すなわち、スピンドルガイド部３の剛性が高まる。それにより、先端部材２の位置決め精度を向上させられるとともに、切削性を向上させられる。また、溝状部２４ｂにガイドパイプ３０を配置したことにより、ガイドパイプ３０の円周方向の位置決めを容易に行え、組立性が良好である。
【０１０１】
図２０や図２１のように姿勢操作部材３１が周方向の３箇所に設けられている場合、姿勢変更用駆動機構４ｃを例えば図２２または図２３のように構成することができる。
すなわち、図２２の姿勢変更用駆動機構４ｃは、各姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）を左右並列に配置すると共に、各姿勢変更用駆動源４２に対応するレバー４３ｂ（４３ｂＵ，４３ｂＬ，４３ｂＲ）を共通の支軸４３ａ回りに回動自在に設け、各レバー４３ｂにおける支軸４３ａからの距離が長い作用点Ｐ１（Ｐ１Ｕ，Ｐ１Ｌ，Ｐ１Ｒ）に各姿勢変更用駆動源４２の出力ロッド４２ａの力が作用し、支軸４３ａからの距離が短い力点Ｐ２（Ｐ２Ｕ，Ｐ２Ｌ，Ｐ２Ｒ）で姿勢操作部材３１に力を与える構成としてある。これにより、各姿勢変更用駆動源４２の出力が増力して対応する姿勢操作部材３１に伝達させることができる。なお、回転軸２２は、上側の姿勢操作部材３１Ｕ用のレバー４３ｂＵに形成された開口４４を貫通させてある。
【０１０２】
また、図２３の姿勢変更用駆動機構４ｃは、各姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）を設置すると共に、各姿勢変更用駆動源４２に対応する３つの動作変換機構５４（５４Ｕ，５４Ｌ，５４Ｒ）を設ける。図２３は、動作変換機構を、図１３に示す直動機構型の動作変換機構５４Ａとした例である。各動作変換機構５４は、回転軸２２を中心にして放射状に配置してある。
【符号の説明】
【０１０３】
１…工具
２…先端部材
３…スピンドルガイド部
４ａ…駆動部ハウジング
５…コントローラ
１１ａ…被案内部
１３…スピンドル
１３ａ…突起
１３ｂ…溝
１５…先端部材連結部
２１ａ…案内部
２２…回転軸
２２ａ，２２ｂ…突起
２３…回転伝達部
２６…転がり軸受（回転支持部材）
２６ａ…内輪
２６ｂ…外輪
２６ｃ…ボール
３０…ガイドパイプ
３０ａ…ガイド孔
３１…姿勢操作部材
３１ａ…姿勢操作ワイヤ
４１…工具回転用駆動源
４２…姿勢変更用駆動源
１００〜１０５…ＤＬＣ膜
ＣＬ１…スピンドルの中心線
ＣＬ２…回転軸の中心線
Ｆ１，Ｆ２…案内面
Ｏ…曲率中心
Ｐ…接触点
ＰＬ…垂線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた工具と、この工具を回転させる工具回転用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、
前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる可撓性の姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を前記姿勢変更用駆動源で進退動作させる医療用アクチュエータであって、
少なくとも一つの、互いに相対移動する複数の部品の相互接触箇所の表面にＤＬＣ膜を形成したことを特徴とする医療用アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、前記相互接触箇所の一つが前記先端部材連結部であり、この先端部材連結部は、前記スピンドルガイド部側の案内部と前記先端部材側の被案内部とが、前記スピンドルの中心線上に曲率中心が位置する球面状または円筒状のそれぞれの案内面で互いに接する構造であり、前記案内部の案内面および被案内部の案内面のうち外周面である案内面にＤＬＣ膜を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１において、前記相互接触箇所の一つが前記スピンドルと前記回転軸とを回転伝達可能に連結する回転伝達部であり、この回転伝達部は、前記スピンドルおよび前記回転軸のいずれか一方に設けた突起と他方に設けた溝とを互いに係合させて回転を伝達する構造であり、前記突起の表面にＤＬＣ膜を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１において、前記相互接触箇所の一つが前記スピンドルと前記回転軸とを回転伝達可能に連結する回転伝達部であり、この回転伝達部は、前記スピンドルおよび前記回転軸のそれぞれに設けた突起同士を互いに係合させて回転を伝達する構造であり、前記スピンドルの突起および前記回転軸の突起の両方または一方の表面にＤＬＣ膜を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１において、前記相互接触箇所の一つが前記ガイド孔の内周面と前記姿勢操作部材の外周面との接触部であり、前記姿勢操作部材の外周面にＤＬＣ膜を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１項において、前記先端部材と前記姿勢操作部材の接触点における接線に対し垂直な垂線と前記回転軸の中心線とがなす角度をαとしたとき、α＞０°であり、かつ前記相互接触箇所の一つが前記先端部材と前記姿勢操作部材との接触部であり、先端部材側の接触部および姿勢操作部材側の接触部の両方または一方の表面にＤＬＣ膜を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１において、前記相互接触箇所の一つは、前記スピンドルガイド部内の前記回転軸を回転自在に支持する回転支持部材である医療用アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７において、前記回転支持部材は転がり軸受であり、この転がり軸受のボールの表面および内外輪の転走面の両方または一方にＤＬＣ膜を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、各部品が生体適合性のある材料からなる医療用アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記スピンドルガイド部は、湾曲した箇所を有する医療用アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記ＤＬＣ膜は、物理蒸着法により形成されたものである医療用アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１１において、前記物理蒸着法は、アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法である医療用アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項において、基材と前記ＤＬＣ膜との間に、クロムおよびタングステンを含む中間層を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１３のいずれか１項において、前記ＤＬＣ膜の膜厚が０．３〜３μｍである医療用アクチュエータ。
【請求項１】
細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた工具と、この工具を回転させる工具回転用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、
前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる可撓性の姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を前記姿勢変更用駆動源で進退動作させる医療用アクチュエータであって、
少なくとも一つの、互いに相対移動する複数の部品の相互接触箇所の表面にＤＬＣ膜を形成したことを特徴とする医療用アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、前記相互接触箇所の一つが前記先端部材連結部であり、この先端部材連結部は、前記スピンドルガイド部側の案内部と前記先端部材側の被案内部とが、前記スピンドルの中心線上に曲率中心が位置する球面状または円筒状のそれぞれの案内面で互いに接する構造であり、前記案内部の案内面および被案内部の案内面のうち外周面である案内面にＤＬＣ膜を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１において、前記相互接触箇所の一つが前記スピンドルと前記回転軸とを回転伝達可能に連結する回転伝達部であり、この回転伝達部は、前記スピンドルおよび前記回転軸のいずれか一方に設けた突起と他方に設けた溝とを互いに係合させて回転を伝達する構造であり、前記突起の表面にＤＬＣ膜を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１において、前記相互接触箇所の一つが前記スピンドルと前記回転軸とを回転伝達可能に連結する回転伝達部であり、この回転伝達部は、前記スピンドルおよび前記回転軸のそれぞれに設けた突起同士を互いに係合させて回転を伝達する構造であり、前記スピンドルの突起および前記回転軸の突起の両方または一方の表面にＤＬＣ膜を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１において、前記相互接触箇所の一つが前記ガイド孔の内周面と前記姿勢操作部材の外周面との接触部であり、前記姿勢操作部材の外周面にＤＬＣ膜を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１項において、前記先端部材と前記姿勢操作部材の接触点における接線に対し垂直な垂線と前記回転軸の中心線とがなす角度をαとしたとき、α＞０°であり、かつ前記相互接触箇所の一つが前記先端部材と前記姿勢操作部材との接触部であり、先端部材側の接触部および姿勢操作部材側の接触部の両方または一方の表面にＤＬＣ膜を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１において、前記相互接触箇所の一つは、前記スピンドルガイド部内の前記回転軸を回転自在に支持する回転支持部材である医療用アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７において、前記回転支持部材は転がり軸受であり、この転がり軸受のボールの表面および内外輪の転走面の両方または一方にＤＬＣ膜を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、各部品が生体適合性のある材料からなる医療用アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記スピンドルガイド部は、湾曲した箇所を有する医療用アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記ＤＬＣ膜は、物理蒸着法により形成されたものである医療用アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１１において、前記物理蒸着法は、アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法である医療用アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項において、基材と前記ＤＬＣ膜との間に、クロムおよびタングステンを含む中間層を形成した医療用アクチュエータ。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１３のいずれか１項において、前記ＤＬＣ膜の膜厚が０．３〜３μｍである医療用アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−２９８４１（Ｐ２０１２−２９８４１Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７１５９３（Ｐ２０１０−１７１５９３）
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]