可撓性ワイヤ
【課題】曲がった状態でも高速回転のトルクを伝達できるコンパクトな構造の可撓性ワイヤを提供する。
【解決手段】可撓性ワイヤＡは、可撓性のアウタチューブ１の内部に、両端がそれぞれ入力端２ａおよび出力端２ｂとなる可撓性のインナワイヤ２を複数の転がり軸受３によって回転自在に支持する。隣合う転がり軸受３間に、これら転がり軸受３に対して予圧を与えるばね要素４Ｉ，４Ｏを設ける。インナワイヤ２の出力端２ｂに連結して、このインナワイヤ２の回転を減速して出力する減速機構２２を設ける。ばね要素は、内輪用ばね要素４Ｉと外輪用ばね要素４Ｏをインナワイヤ２の長さ方向にわたり交互に配置する。
【解決手段】可撓性ワイヤＡは、可撓性のアウタチューブ１の内部に、両端がそれぞれ入力端２ａおよび出力端２ｂとなる可撓性のインナワイヤ２を複数の転がり軸受３によって回転自在に支持する。隣合う転がり軸受３間に、これら転がり軸受３に対して予圧を与えるばね要素４Ｉ，４Ｏを設ける。インナワイヤ２の出力端２ｂに連結して、このインナワイヤ２の回転を減速して出力する減速機構２２を設ける。ばね要素は、内輪用ばね要素４Ｉと外輪用ばね要素４Ｏをインナワイヤ２の長さ方向にわたり交互に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、医療用機器等において、遠隔操作される作動機器に対してトルクを伝達するのに適した可撓性ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
離れた位置にある作動機器の遠隔操作には、駆動源の動力、主にトルクを作動機器に伝達する可撓性の動力伝達手段（例えば特許文献１、２）が用いられる。
特許文献１に記載の動力伝達手段は、検査用ブローブ装置に設けられたものであり、回転駆動源であるモータからスリップリングを介して送られてくるトルクを、検査用の探触子に伝達するフレキシブルシャフトと、このフレキシブルシャフトの外周に軸方向に一定間隔で配置された複数の軸受と、上記フレキシブルシャフトおよび複数の軸受を包含する保護チューブとしてのコイルばねとを有する。
特許文献２に記載の動力伝達手段は、内視鏡用処置具に設けられたものであり、先端に処置用の部材が取付けられたワイヤと、このワイヤが内部に挿通された可撓性を有する管状部材と、この管状部材に対して前記ワイヤを回転自在に支持する軸受とを有する。
特許文献３には、フレキシブルシャフト（詳細不明）の出力側に連結される歯車装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１９８６０号公報
【特許文献２】特開２００４−７２２１５号公報
【特許文献３】特開２００４−２３２７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２の動力伝達手段は、フレキシブルシャフトまたは可撓性のワイヤを支持する軸受に与圧が与えられていない。そのため、フレキシブルシャフトまたは可撓性のワイヤの固有振動数が低くなり、高速回転させることができないと考えられる。
また、ワイヤの場合、十分な可撓性を持たせるにはワイヤを細くする必要がある。しかし、細いワイヤは、捩り強度が低いため、大きなトルクを伝達することができない。しかも、捩りの影響で、入力側と出力側とで回転位相差が生じやすく、回転角を制御しにくい。
【０００５】
この発明は、曲がった状態でも高速回転のトルクを伝達できるコンパクトな構造の可撓性ワイヤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる可撓性ワイヤは、可撓性のアウタチューブの内部に、両端がそれぞれ回転の入力端および出力端となる可撓性のインナワイヤを複数の転がり軸受によって回転自在に支持し、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対して予圧を与えるばね要素を設け、前記インナワイヤの出力端と連結されてインナワイヤの回転を減速して出力する減速機構を設けたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、インナワイヤの回転を減速して出力する減速機構を設けたため、インナワイヤで伝達するトルクが小さくても、大きなトルクを発生できる。インナワイヤで伝達するトルクが小さければ、細いインナワイヤを使用することができる。そのため、コンパクトな構造で、可撓性の高い可撓性ワイヤを実現できる。また、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対して予圧を与えるばね要素を設けたことにより、インナワイヤの固有振動数が低くなることを抑えられ、インナワイヤを高速回転させることが可能である。
【０００８】
この発明において、前記ばね要素は、前記転がり軸受の内輪に予圧を与える内輪用ばね要素と、外輪に予圧を与える外輪用ばね要素とを有し、これら内輪用ばね要素と外輪用ばね要素を前記インナワイヤの長さ方向にわたり交互に配置するのが良い。
内輪用ばね要素と外輪用ばね要素をインナワイヤの長さ方向にわたり交互に配置することで、アウタチューブの径を大きくせずに、ばね要素を設けることができる。
【０００９】
この発明において、前記インナワイヤを回転させる回転駆動源を、インナワイヤの前記入力端と連結して設けてもよい。
回転駆動源を設ければ、インナワイヤにトルクを効率良く与えることができる。
【００１０】
前記減速機構の出力側に、この減速機構で減速された回転出力により最終出力部を回転させる回転機構を設けてもよい。また、前記減速機構の出力側に、この減速機構で減速された回転出力を直動運動に変換して最終出力部を直線運動させる直動機構を設けてもよい。
前述したように、この可撓性ワイヤは、減速機構を設けたことで大きなトルクを発生できる。そのため、減速機構の出力側に回転機構を設けた場合は、この回転機構の最終出力部を大きさトルクで回転させることができ、直動機構を設けた場合は、この直動機構の最終出力部を大きさ推力で作動させることができる。また、回転機構や直動機構に生じる摩擦に対しても、その摩擦に打ち勝つ力を発生できるため、インナワイヤの捩れ剛性が低くても、スティックスリップが起こりにくい。
【００１１】
上記回転機構や直動機構を設ける場合、前記回転機構または直動機構の動作位置を検出する位置検出手段を設けるのが望ましい。
位置検出手段を設ければ、その位置検出手段の出力値によるフィードバック制御が可能となり、作動機器等の遠隔操作の制御対象に対する位置決め精度が向上する。インナワイヤの回転が減速機構によって減速して出力され、回転機構または直動機構に現れるインナワイヤの捩れの影響が小さくなるため、位置決め検出手段の位置決め分解能を高く保つことができ、高精度なフィードバック制御をできる。
【００１２】
この発明において、前記アウタチューブの両端またはいずれか一方端に、アウタチューブを他の部材に着脱自在に結合する継手を設けるのが良い。継手を設ければ、可撓性ワイヤを他の部材に容易に結合できる。
【００１３】
前記継手は、例えば、内周に前記インナワイヤが挿通される貫通孔が形成され、外周に雄ねじ部が形成され、軸方向の一端部が前記アウタチューブの内径部に嵌合する筒状の雄ねじ部材と、内周に前記雄ねじ部材の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が形成され、軸方向の一端部が前記アウタチューブの外径部に嵌合する筒状の雌ねじ部材とを有し、これら雄ねじ部材および雌ねじ部材のいずれか一方に、前記他の部材に結合する結合手段を設けたものとする。
この構成の継手によれば、雄ねじ部材の軸方向の一端部をアウタチューブの内径部に嵌合させ、かつ雌ねじ部材の軸方向の一端部をアウタチューブの外径部に嵌合させた状態で、雄ねじ部材の雄ねじ部と雌ねじ部材の雌ねじ部とを螺合させることにより、雄ねじ部材および雌ねじ部材のそれぞれの前記一端部がアウタチューブを内外から挟み込んで固定する。そして、雄ねじ部材および雌ねじ部材のいずれか一方に設けた結合手段を、結合対象となる他の部材に結合する。これにより、アウタチューブと他の部材とが結合される。雄ねじ部と雌ねじ部の螺合を外すことで、雄ねじ部材および雌ねじ部材の各一端部からアウタチューブが解放され、アウタチューブと他の部材との結合が解除される。これらアウタチューブと他の部材との結合操作およびその解除操作は容易である。また、アウタチューブと継手を結合した状態で、雄ねじ部材の結合手段により可撓性ワイヤと他の部材との結合操作および解除操作を行う。これら可撓性ワイヤと他の部材との結合操作およびその解除操作は容易となる。
【００１４】
この発明において、前記インナワイヤの両端またはいずれか一方端に、これらインナワイヤの端部に対向して回転自在に支持された回転軸と連結するカップリングを設けるのが良い。カップリングを設ければ、インナワイヤを回転軸に容易に連結することができる。
【００１５】
前記カップリングは、例えば、前記インナワイヤと一体回転するワイヤ側部材と、前記回転軸と一体回転する軸側部材とを有し、これらワイヤ側部材および軸側部材の互いに対向する端面にそれぞれ設けた径方向溝とこの径方向溝に係合可能な突起とが互いに係合することで、前記インナワイヤと前記回転軸とを回転伝達可能に連結するものとする。
このカップリングの構成によれば、インナワイヤと回転軸とを連結する際には、対向して設けたワイヤ側部材および軸側部材を互いに接近するように軸方向に相対移動させて、径方向溝と突起とを係合させる。インナワイヤと回転軸との連結を外す際には、ワイヤ側部材および軸側部材を互いに離れるように軸方向に相対移動させて、径方向溝と突起との係合を解除する。これらインナワイヤと回転軸との連結操作およびその解除操作は容易である。
【００１６】
この発明において、前記アウタチューブ内に前記転がり軸受の潤滑剤を封入するか、または流通させてもよい。
アウタチューブ内に転がり軸受の潤滑剤を封入するか、または流通させることで、転がり軸受の転がり性能を良好な状態に維持できる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の可撓性ワイヤは、可撓性のアウタチューブの内部に、両端がそれぞれ回転の入力端および出力端となる可撓性のインナワイヤを複数の転がり軸受によって回転自在に支持し、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対して予圧を与えるばね要素を設け、前記インナワイヤの出力端と連結されてインナワイヤの回転を減速して出力する減速機構を設けたため、コンパクトな構造でありながら、曲がった状態でも高速回転のトルクを伝達できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる可撓性ワイヤの断面図、（Ｂ）はＩＢ部の拡大図、（Ｃ）はＩＣ部の拡大図である。
【図２】（Ａ）は同可撓性ワイヤのカップリングの分離状態の断面図、（Ｂ）はIIＢ矢視図、（Ｃ）はIIＣ矢視図である。
【図３】同カップリングの連結状態の断面図である。
【図４】（Ａ）はこの発明の異なる実施形態にかかる可撓性ワイヤの断面図、（Ｂ）はIVＢ部の拡大図、（Ｃ）はIVＣ部の拡大図である。
【図５】この発明の可撓性ワイヤの使用例を示す断面図である。
【図６】この発明の可撓性ワイヤの異なる使用例を示す断面図である。
【図７】（Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかる可撓性ワイヤの断面図、（Ｂ）はVIIＢ部の拡大図、（Ｃ）はVIIＣ部の拡大図である。
【図８】この発明のさらに異なる実施形態にかかる可撓性ワイヤの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
この発明の一実施形態を図１に示す。この可撓性ワイヤＡは、可撓性のアウタチューブ１と、このアウタチューブ１の内部の中心位置に設けられた可撓性のインナワイヤ２と、このインナワイヤ２を前記アウタチューブ１に対して回転自在に支持する複数の転がり軸受３とを備える。インナワイヤ２の両端は、それぞれ回転の入力端２ａおよび出力端２ｂとなる。インナワイヤ２の出力端２ｂ側には、後述する減速機構２２が設けられている。アウタチューブ１は、例えば樹脂製である。インナワイヤ２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。インナワイヤ２は単線であっても、撚り線であってもよい。
【００２０】
各転がり軸受３はアウタチューブ１の中心線に沿って一定の間隔を開けて配置されており、隣合う転がり軸受３間に、これら転がり軸受３に対して予圧を与えるばね要素４Ｉ，４Ｏが設けられている。ばね要素４Ｉ，４Ｏは、例えば圧縮コイルばねであり、インナワイヤ２の外周を巻線が囲むように設けられる。ばね要素は、転がり軸受３の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素４Ｉと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素４Ｏとがあり、これらが交互に配置されている。
【００２１】
前記アウタチューブ１の両端には、このアウタチューブ１を他の部材に結合する継手５が設けられている。継手５は、雄ねじ部材６と雌ねじ部材１３とで構成される。
雄ねじ部材６は、内周に貫通孔７が形成された筒状の部材であって、軸方向中央部の外周に雄ねじ部８が形成されている。雄ねじ部材６の軸方向の一方端には、内径および外径が同一径で軸方向に延びる円筒部９が設けられている。この円筒部９の外径は、アウタチューブ１の内径部に嵌合する寸法とされている。また、軸方向の他方端には、外径側に拡がるフランジ部１０が設けられている。このフランジ部１０は他の部材に結合する結合手段であって、円周方向複数箇所に、ボルト等の固定具を挿入するための通孔１１が形成されている。前記貫通孔７は、円筒部９側からフランジ部９側に向かって、小径部７ａ、中径部７ｂ、大径部７ｃの順に段階的に内径が大きくなっている。中径部７ｂには、インナワイヤ２を回転自在に支持する転がり軸受１２が嵌め込まれる。
【００２２】
雌ねじ部材１３は、円筒状部１４と、この円筒状部１４の一端から内径側へ延びるつば状部１５とを有する筒状の部材であって、円筒状部１４の内周先端側に、前記雄ねじ部材６の雄ねじ部８に螺合する雌ねじ部１６が形成されている。つば状部１５の内径は、アウタチューブ１が外周に嵌合する寸法とされている。
【００２３】
アウタチューブ１を他の部材に結合する際には、まず、雄ねじ部材６の円筒部９をアウタチューブ１の内径部に嵌合させ、かつ雌ねじ部材１３のつば状部１５をアウタチューブ１の同一端の外径部に嵌合させた状態で、雄ねじ部材６の雄ねじ部８と雌ねじ部材１３の雌ねじ部１６とを螺合させる。これにより、雄ねじ部材６の円筒部９と雌ねじ部材１３のつば状部１５とで、アウタチューブ１の一端を内外から挟み込んで固定する。インナワイヤ２は、雄ねじ部材６の貫通孔７に挿通し、貫通孔７の中径部７ｂに嵌め込んだ転がり軸受１２によって支持させる。次いで、雄ねじ部材６のフランジ部１０を、結合対象である他の部材(図示せず)に結合する。この結合は、通孔１１に挿通したボルト等の固定具(図示せず)によって行う。以上で、アウタチューブ１と他の部材との結合が完了し、図１の状態となる。
この状態から、雄ねじ部８と雌ねじ部１６の螺合を外すことで、雄ねじ部材６の円筒部９および雌ねじ部材１３のつば状部１５による拘束からアウタチューブ１が解放され、アウタチューブ１と結合対象部材との結合が解除される。これらアウタチューブ１と他の部材との結合操作およびその解除操作は容易である。
また、アウタチューブ１と継手５を結合した状態で、雄ねじ部材６の結合手段（フランジ部１０）により可撓性ワイヤＡと他の部材との結合操作および解除操作を行っても良い。これら可撓性ワイヤＡと他の部材との結合操作およびその解除操作はさらに容易となる。
【００２４】
前記インナワイヤ２の入力端２ａおよび出力端２ｂには、入力軸、出力軸等の回転軸１８と連結するカップリング１９が設けられている。図例のカップリング１９は、軸方向に貫通する貫通孔１９ａを有し、この貫通孔１９ａと外周との間に軸方向に離れて２つのねじ孔１９ｂを設けてある。前記貫通孔１９ａにインナワイヤ２および回転軸１８を両側から挿入し、ねじ孔１９ｂに螺着したボルト等のねじ部材（図示せず）の先端をインナワイヤ２および回転軸１８に押し付けることで、これらインナワイヤ２および回転軸１８をカップリング１９に固定して、インナワイヤ２と回転軸１８とを連結する。
【００２５】
カップリング１９は、インナワイヤ２と回転軸１８とを回転伝達可能に連結できればよく、上記以外の構成であってもよい。例えば、図２および図３に示す構成とすることができる。このカップリング１９は、インナワイヤ２と一体回転するワイヤ側部材２０と、回転軸１８と一体回転する軸側部材２１とを有する。ワイヤ側部材２０とインナワイヤ２、および軸側部材２１と回転軸１８は、それぞれ圧入により固定されるか、またはボルト等の固定具（図示せず）により固定される。これらワイヤ側部材２０および軸側部材２１の対向する端面には、互いに係合する径方向溝２０ａと、この径方向溝２０ａに係合する突起２１ａとがそれぞれ設けられている。この図例では、径方向溝２０ａおよび突起２１ａが、それぞれ円周方向の２箇所に設けられている。
【００２６】
インナワイヤ２と回転軸１８とを連結するには、図２（Ａ）のように対向して設けたワイヤ側部材２０および軸側部材２１を互いに接近するように軸方向に相対移動させて、図３のように径方向溝２０ａと突起２１ａとを互いに係合させる。それにより、ワイヤ側部材２０と軸側部材２１とがトルクを伝達可能に連結される。インナワイヤ２と回転軸１８との連結を外すには、上記と逆に、ワイヤ側部材２０および軸側部材２１を互いに離れるように軸方向に相対移動させて、径方向溝２０ａと突起２１ａとの係合を解除する。これらインナワイヤ２と回転軸１８との連結操作およびその解除操作は容易である。
【００２７】
この可撓性ワイヤＡの出力側には、インナワイヤ２の回転を減速する減速機構２２が設けられている。この減速機構２２は、減速機ハウジング２２ｃの前後にそれぞれ突出する入力軸２２ａと出力軸２２ｂを回転自在に支持し、減速機ハウジング２２ｃ内に、入力軸２２ａの回転を減速して出力軸２２ｂに伝達する回転減速伝達系（図示せず）を設けたものである。図例では、入力軸２２ａと出力軸２２ｂとが同一軸上に配置されている。減速機構２２の回転減速伝達系としては、遊星歯車機構、波動歯車（ハーモニックドライブ）等が採用される。減速機構２２の入力軸２２ａは、インナワイヤ２の出力側にカップリング１９を介して連結された前記回転軸１８に連結される。減速機構２２の出力軸２２ｂは、外部の作動機器（図示せず）に連結される。
【００２８】
この構成の可撓性ワイヤＡは、インナワイヤ２の出力側にこのインナワイヤ２の回転を減速して出力する減速機構２２を設けたため、インナワイヤ２で伝達するトルクが小さくても、大きなトルクを発生できる。インナワイヤ２で伝達するトルクが小さければ、細いインナワイヤ２を使用することができる。そのため、コンパクトな構造で、可撓性の高い可撓性ワイヤＡを実現できる。また、隣合う転がり軸受３間に、これら転がり軸受３に対して予圧を与えるばね要素４Ｉ，４Ｏを設けたことにより、インナワイヤ２の固有振動数が低くなることを抑えられ、インナワイヤ２を高速回転させることが可能である。内輪用ばね要素４Ｉおよび外輪用ばね要素４Ｏは、インナワイヤ２の長さ方向にわたり交互に配置されているため、アウタチューブ１の径を大きくせずに、ばね要素４Ｉ，４Ｏを設けることができる。
【００２９】
図４はこの発明の異なる実施形態を示す。この可撓性ワイヤＢは、出力側の継手５と減速機構２２とを直接連結したものである。減速機構２２は減速機ハウジング２２ｃと一体のフランジ部２３を有し、このフランジ部２３に、継手５の通孔１１に対応する固定具挿通用の通孔２４が複数設けられている。継手５の通孔１１はねじ孔になっている。継手５のフランジ部１０と減速機構２２のフランジ部２３とを当接させ、減速機構２２側から通孔２４に挿通したボルト２５を、ねじ孔である通孔１１に螺着させることで、継手５と減速機構２２とを連結する。
【００３０】
また、この可撓性ワイヤＢは、インナワイヤ２の出力端２ｂが減速機構２２の入力軸２２ａに直接連結される。すなわち、インナワイヤ２の出力端２ｂには、前記カップリング１９の代わりに歯車２６が設けられ、この歯車２６が入力軸２２ａに設けた歯車２７と噛み合っている。この例では、歯車２６は外歯歯車であり、歯車２７は内歯歯車である。
【００３１】
この構成の可撓性ワイヤＢは、減速機構２２を他の部材に固定して使用する。固定方法は限定しない。この構成によると、部品点数が少なくなるため、全体的にコンパクトにできる。それ以外は、前記実施形態と同じ構成である。なお、継手５の雄ねじ部材６と減速機構２２とを別部材とせずに、減速機構２２と雄ねじ部材６を一体化させてもよい。具体的には、減速機構ハウジング２２ｃに、雄ねじ部８と円筒部９とを設ければよい。
【００３２】
図５はこの発明の可撓性ワイヤの使用例を示す。この例は、図４の可撓性ワイヤＢにより、最終出力部が回転部である回転機構３０を遠隔操作するようにしたものである。回転機構３０は、両端が軸受３１で支持されたウォーム３２と、このウォーム３２と噛み合うウォームホイール３３、このウォームホイール３３を支持する最終出力部としての回転軸３４と、ウォームホイール３３の回転角を検出する位置検出手段であるロータリエンコーダ３５とを備える。可撓性ワイヤＢにおける減速機構２２の出力軸２２ｂが、カップリング３６を介して、ウォーム３２の一端と連結されている。回転軸３４には、工具、計測具等の作業機器が直接または間接的に取付けられる。
【００３３】
インナワイヤ２の入力端２ａにカップリング１９を介して回転駆動源３７が連結され、この回転駆動源３７によりインナワイヤ２が回転させられる。回転駆動源３７は、図示しない制御装置により制御される。インナワイヤ２のトルクが、減速機構２２で減速されて回転機構３０に伝達されて、回転軸３４が回転する。減速機構２２を設けたことで大きなトルクを発生できるため、回転軸３４を大きさトルクで回転させることができる。また、回転機構３０に生じる摩擦に対しても、その摩擦に打ち勝つ力を発生できるため、インナワイヤ２の捩れ剛性が低くても、スティックスリップが起こりにくい。
【００３４】
図６は可撓性ワイヤの異なる使用例を示す。この例は、図４の可撓性ワイヤＢにより、最終出力部が直動部である直動機構４０を遠隔操作するようにしたものである。直動機構４０は、両端が軸受４１で支持されたボールねじ４２と、このボールねじ４２に螺合するナット４３とでなるボールねじ機構４４を備え、前記ナット４３に最終出力部としての直動部材４５がボルト等（図示せず）で固定されている。ボールねじ機構４４により、ボールねじ４２の回転運動が直線運動に変換されて、直動部材４５がボールねじ４２の軸方向に直線移動する。直動部材４５にはリニアスケール４６が設置され、このリニアスケール４６の目盛を位置検出手段であるリニアエンコーダ４７により検出する。可撓性ワイヤＢにおける減速機構２２の出力軸２２ｂが、カップリング３６を介して、ボールねじ４２の一端と連結されている。直動部材４５には、工具、計測具等の作業機器が直接または間接的に取付けられる。
【００３５】
インナワイヤ２の入力側にカップリング１９を介して回転駆動源３７が連結され、この回転駆動源３７によりインナワイヤ２が回転させられる。回転駆動源３７は、図示しない制御装置により制御される。インナワイヤ２のトルクが、減速機構２２で減速されて直動機構４０に伝達されて、直動部材４５が直線運動する。減速機構２２を設けたことで大きなトルクを発生できるため、直動部材４５による大きさ推力が得られる。また、直動機構４０に生じる摩擦に対しても、その摩擦に打ち勝つ力を発生できるため、インナワイヤ２の捩れ剛性が低くても、スティックスリップが起こりにくい。
【００３６】
上記回転機構３０や直動機構４０の遠隔操作にあたっては、前記制御装置に手動で制御指令を入力して回転駆動源３７の出力量を制御してもよいが、ロータリエンコーダ３５またはリニアエンコーダ４７の出力値を前記制御装置にフィードバックして、回転駆動源３７の出力量を自動で制御させれば、遠隔操作の制御対象である前記機器の位置決め精度を向上させることができる。また、インナワイヤ２の回転が減速機構２２によって減速されて、回転機構３０または直動機構４０に現れるインナワイヤ２の捩れの影響が小さくなるため、ロータリエンコーダ３５またはリニアエンコーダ４７の位置決め分解能を高く保つことができ、高精度なフィードバック制御をできる。そのため、回転機構３０や直動機構４０を精度良く遠隔操作することができる。
【００３７】
図５および図６は可撓性ワイヤＢを用いた例を示すが、可撓性ワイヤＡを用いても、回転機構３０や直動機構４０を精度良く遠隔操作することができる。
【００３８】
これら可撓性ワイヤＡ，Ｂは、医療、機械加工等の分野で作業機器を遠隔操作するための回転力伝達手段として用いるのに適する。これら可撓性ワイヤＡ，Ｂを用いることで、作業機器の正確な位置決めや正確な動作が可能になる。
【００３９】
この発明の可撓性ワイヤは、アウタチューブ１内に転がり軸受３の潤滑剤を封入しても良い。図７は、可撓性ワイヤが図１に示す可撓性ワイヤＡである場合の例を示す。同図において、インナワイヤ２の入力端２ａおよび出力端２ｂと継手５との間にシール部材５０を設けて、アウタチューブ１内をシール構造とすることで、潤滑剤が外部に漏れることを防止する。図例では、インナワイヤ２の入力端２ａおよび出力端２ｂの外周に嵌合する筒状部材５１と、継手５における雄ねじ部材６との間に、シール部材５０を介在させてある。シール部材５０を設ける代わりに、インナワイヤ２の入力端２ａおよび出力端２ｂと継手５との間に滑り軸受（図示せず）を設けて、アウタチューブ１内をシール構造としても良い。潤滑剤としては、流動性の無いグリースを使用するのが良い。このように、アウタチューブ１内に潤滑剤を封入すれば、転がり軸受３の転がり性能を良好な状態に維持できる。
【００４０】
また、図８に示すように、アウタチューブ１内に転がり軸受３の潤滑剤を流通させるようにしても良い。前記同様に、インナワイヤ２の入力端２ａおよび出力端２ｂと継手５との間にシール部材（図示せず）を設けて、アウタチューブ１内をシール構造とすると共に、アウタチューブ１の両端に潤滑剤の入口５２および出口５３をそれぞれ設けて、潤滑剤供給装置５４から供給される潤滑剤が前記入口５２からアウタチューブ１内に入り、前記出口５３からアウタチューブ１外へ出るようにしてある。出口５３から出た潤滑剤を潤滑剤供給装置５４に回収して、潤滑剤を循環させるようにしても良い。潤滑剤としては、流動性の高い潤滑油を使用するのが良い。このように、アウタチューブ１内を潤滑剤が流れる流路とすることにより、別の潤滑経路を設けることなく、転がり軸受３の潤滑を行うことができる。この場合も、転がり軸受３の転がり性能を良好な状態に維持できる。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ，Ｂ…可撓性ワイヤ
１…アウタチューブ
２…インナワイヤ
２ａ…入力端
２ｂ…出力端
３…転がり軸受
４Ｉ…内輪用ばね要素
４Ｏ…外輪用ばね要素
５…継手
６…雄ねじ部材
７…貫通孔
８…雄ねじ部
１０…フランジ部（結合手段）
１３…雌ねじ部材
１６…雌ねじ部
１８…回転軸
１９…カップリング
２０…ワイヤ側部材
２０ａ…径方向溝
２１…軸側部材
２１ａ…突起
２２…減速機構
２２ａ…入力軸
２２ｂ…出力軸
３０…回転機構
３５…ロータリエンコーダ（位置検出手段）
３７…回転駆動源
４０…直動機構
４７…リニアエンコーダ（位置検出手段）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、医療用機器等において、遠隔操作される作動機器に対してトルクを伝達するのに適した可撓性ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
離れた位置にある作動機器の遠隔操作には、駆動源の動力、主にトルクを作動機器に伝達する可撓性の動力伝達手段（例えば特許文献１、２）が用いられる。
特許文献１に記載の動力伝達手段は、検査用ブローブ装置に設けられたものであり、回転駆動源であるモータからスリップリングを介して送られてくるトルクを、検査用の探触子に伝達するフレキシブルシャフトと、このフレキシブルシャフトの外周に軸方向に一定間隔で配置された複数の軸受と、上記フレキシブルシャフトおよび複数の軸受を包含する保護チューブとしてのコイルばねとを有する。
特許文献２に記載の動力伝達手段は、内視鏡用処置具に設けられたものであり、先端に処置用の部材が取付けられたワイヤと、このワイヤが内部に挿通された可撓性を有する管状部材と、この管状部材に対して前記ワイヤを回転自在に支持する軸受とを有する。
特許文献３には、フレキシブルシャフト（詳細不明）の出力側に連結される歯車装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１９８６０号公報
【特許文献２】特開２００４−７２２１５号公報
【特許文献３】特開２００４−２３２７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２の動力伝達手段は、フレキシブルシャフトまたは可撓性のワイヤを支持する軸受に与圧が与えられていない。そのため、フレキシブルシャフトまたは可撓性のワイヤの固有振動数が低くなり、高速回転させることができないと考えられる。
また、ワイヤの場合、十分な可撓性を持たせるにはワイヤを細くする必要がある。しかし、細いワイヤは、捩り強度が低いため、大きなトルクを伝達することができない。しかも、捩りの影響で、入力側と出力側とで回転位相差が生じやすく、回転角を制御しにくい。
【０００５】
この発明は、曲がった状態でも高速回転のトルクを伝達できるコンパクトな構造の可撓性ワイヤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる可撓性ワイヤは、可撓性のアウタチューブの内部に、両端がそれぞれ回転の入力端および出力端となる可撓性のインナワイヤを複数の転がり軸受によって回転自在に支持し、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対して予圧を与えるばね要素を設け、前記インナワイヤの出力端と連結されてインナワイヤの回転を減速して出力する減速機構を設けたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、インナワイヤの回転を減速して出力する減速機構を設けたため、インナワイヤで伝達するトルクが小さくても、大きなトルクを発生できる。インナワイヤで伝達するトルクが小さければ、細いインナワイヤを使用することができる。そのため、コンパクトな構造で、可撓性の高い可撓性ワイヤを実現できる。また、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対して予圧を与えるばね要素を設けたことにより、インナワイヤの固有振動数が低くなることを抑えられ、インナワイヤを高速回転させることが可能である。
【０００８】
この発明において、前記ばね要素は、前記転がり軸受の内輪に予圧を与える内輪用ばね要素と、外輪に予圧を与える外輪用ばね要素とを有し、これら内輪用ばね要素と外輪用ばね要素を前記インナワイヤの長さ方向にわたり交互に配置するのが良い。
内輪用ばね要素と外輪用ばね要素をインナワイヤの長さ方向にわたり交互に配置することで、アウタチューブの径を大きくせずに、ばね要素を設けることができる。
【０００９】
この発明において、前記インナワイヤを回転させる回転駆動源を、インナワイヤの前記入力端と連結して設けてもよい。
回転駆動源を設ければ、インナワイヤにトルクを効率良く与えることができる。
【００１０】
前記減速機構の出力側に、この減速機構で減速された回転出力により最終出力部を回転させる回転機構を設けてもよい。また、前記減速機構の出力側に、この減速機構で減速された回転出力を直動運動に変換して最終出力部を直線運動させる直動機構を設けてもよい。
前述したように、この可撓性ワイヤは、減速機構を設けたことで大きなトルクを発生できる。そのため、減速機構の出力側に回転機構を設けた場合は、この回転機構の最終出力部を大きさトルクで回転させることができ、直動機構を設けた場合は、この直動機構の最終出力部を大きさ推力で作動させることができる。また、回転機構や直動機構に生じる摩擦に対しても、その摩擦に打ち勝つ力を発生できるため、インナワイヤの捩れ剛性が低くても、スティックスリップが起こりにくい。
【００１１】
上記回転機構や直動機構を設ける場合、前記回転機構または直動機構の動作位置を検出する位置検出手段を設けるのが望ましい。
位置検出手段を設ければ、その位置検出手段の出力値によるフィードバック制御が可能となり、作動機器等の遠隔操作の制御対象に対する位置決め精度が向上する。インナワイヤの回転が減速機構によって減速して出力され、回転機構または直動機構に現れるインナワイヤの捩れの影響が小さくなるため、位置決め検出手段の位置決め分解能を高く保つことができ、高精度なフィードバック制御をできる。
【００１２】
この発明において、前記アウタチューブの両端またはいずれか一方端に、アウタチューブを他の部材に着脱自在に結合する継手を設けるのが良い。継手を設ければ、可撓性ワイヤを他の部材に容易に結合できる。
【００１３】
前記継手は、例えば、内周に前記インナワイヤが挿通される貫通孔が形成され、外周に雄ねじ部が形成され、軸方向の一端部が前記アウタチューブの内径部に嵌合する筒状の雄ねじ部材と、内周に前記雄ねじ部材の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が形成され、軸方向の一端部が前記アウタチューブの外径部に嵌合する筒状の雌ねじ部材とを有し、これら雄ねじ部材および雌ねじ部材のいずれか一方に、前記他の部材に結合する結合手段を設けたものとする。
この構成の継手によれば、雄ねじ部材の軸方向の一端部をアウタチューブの内径部に嵌合させ、かつ雌ねじ部材の軸方向の一端部をアウタチューブの外径部に嵌合させた状態で、雄ねじ部材の雄ねじ部と雌ねじ部材の雌ねじ部とを螺合させることにより、雄ねじ部材および雌ねじ部材のそれぞれの前記一端部がアウタチューブを内外から挟み込んで固定する。そして、雄ねじ部材および雌ねじ部材のいずれか一方に設けた結合手段を、結合対象となる他の部材に結合する。これにより、アウタチューブと他の部材とが結合される。雄ねじ部と雌ねじ部の螺合を外すことで、雄ねじ部材および雌ねじ部材の各一端部からアウタチューブが解放され、アウタチューブと他の部材との結合が解除される。これらアウタチューブと他の部材との結合操作およびその解除操作は容易である。また、アウタチューブと継手を結合した状態で、雄ねじ部材の結合手段により可撓性ワイヤと他の部材との結合操作および解除操作を行う。これら可撓性ワイヤと他の部材との結合操作およびその解除操作は容易となる。
【００１４】
この発明において、前記インナワイヤの両端またはいずれか一方端に、これらインナワイヤの端部に対向して回転自在に支持された回転軸と連結するカップリングを設けるのが良い。カップリングを設ければ、インナワイヤを回転軸に容易に連結することができる。
【００１５】
前記カップリングは、例えば、前記インナワイヤと一体回転するワイヤ側部材と、前記回転軸と一体回転する軸側部材とを有し、これらワイヤ側部材および軸側部材の互いに対向する端面にそれぞれ設けた径方向溝とこの径方向溝に係合可能な突起とが互いに係合することで、前記インナワイヤと前記回転軸とを回転伝達可能に連結するものとする。
このカップリングの構成によれば、インナワイヤと回転軸とを連結する際には、対向して設けたワイヤ側部材および軸側部材を互いに接近するように軸方向に相対移動させて、径方向溝と突起とを係合させる。インナワイヤと回転軸との連結を外す際には、ワイヤ側部材および軸側部材を互いに離れるように軸方向に相対移動させて、径方向溝と突起との係合を解除する。これらインナワイヤと回転軸との連結操作およびその解除操作は容易である。
【００１６】
この発明において、前記アウタチューブ内に前記転がり軸受の潤滑剤を封入するか、または流通させてもよい。
アウタチューブ内に転がり軸受の潤滑剤を封入するか、または流通させることで、転がり軸受の転がり性能を良好な状態に維持できる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の可撓性ワイヤは、可撓性のアウタチューブの内部に、両端がそれぞれ回転の入力端および出力端となる可撓性のインナワイヤを複数の転がり軸受によって回転自在に支持し、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対して予圧を与えるばね要素を設け、前記インナワイヤの出力端と連結されてインナワイヤの回転を減速して出力する減速機構を設けたため、コンパクトな構造でありながら、曲がった状態でも高速回転のトルクを伝達できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる可撓性ワイヤの断面図、（Ｂ）はＩＢ部の拡大図、（Ｃ）はＩＣ部の拡大図である。
【図２】（Ａ）は同可撓性ワイヤのカップリングの分離状態の断面図、（Ｂ）はIIＢ矢視図、（Ｃ）はIIＣ矢視図である。
【図３】同カップリングの連結状態の断面図である。
【図４】（Ａ）はこの発明の異なる実施形態にかかる可撓性ワイヤの断面図、（Ｂ）はIVＢ部の拡大図、（Ｃ）はIVＣ部の拡大図である。
【図５】この発明の可撓性ワイヤの使用例を示す断面図である。
【図６】この発明の可撓性ワイヤの異なる使用例を示す断面図である。
【図７】（Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかる可撓性ワイヤの断面図、（Ｂ）はVIIＢ部の拡大図、（Ｃ）はVIIＣ部の拡大図である。
【図８】この発明のさらに異なる実施形態にかかる可撓性ワイヤの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
この発明の一実施形態を図１に示す。この可撓性ワイヤＡは、可撓性のアウタチューブ１と、このアウタチューブ１の内部の中心位置に設けられた可撓性のインナワイヤ２と、このインナワイヤ２を前記アウタチューブ１に対して回転自在に支持する複数の転がり軸受３とを備える。インナワイヤ２の両端は、それぞれ回転の入力端２ａおよび出力端２ｂとなる。インナワイヤ２の出力端２ｂ側には、後述する減速機構２２が設けられている。アウタチューブ１は、例えば樹脂製である。インナワイヤ２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。インナワイヤ２は単線であっても、撚り線であってもよい。
【００２０】
各転がり軸受３はアウタチューブ１の中心線に沿って一定の間隔を開けて配置されており、隣合う転がり軸受３間に、これら転がり軸受３に対して予圧を与えるばね要素４Ｉ，４Ｏが設けられている。ばね要素４Ｉ，４Ｏは、例えば圧縮コイルばねであり、インナワイヤ２の外周を巻線が囲むように設けられる。ばね要素は、転がり軸受３の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素４Ｉと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素４Ｏとがあり、これらが交互に配置されている。
【００２１】
前記アウタチューブ１の両端には、このアウタチューブ１を他の部材に結合する継手５が設けられている。継手５は、雄ねじ部材６と雌ねじ部材１３とで構成される。
雄ねじ部材６は、内周に貫通孔７が形成された筒状の部材であって、軸方向中央部の外周に雄ねじ部８が形成されている。雄ねじ部材６の軸方向の一方端には、内径および外径が同一径で軸方向に延びる円筒部９が設けられている。この円筒部９の外径は、アウタチューブ１の内径部に嵌合する寸法とされている。また、軸方向の他方端には、外径側に拡がるフランジ部１０が設けられている。このフランジ部１０は他の部材に結合する結合手段であって、円周方向複数箇所に、ボルト等の固定具を挿入するための通孔１１が形成されている。前記貫通孔７は、円筒部９側からフランジ部９側に向かって、小径部７ａ、中径部７ｂ、大径部７ｃの順に段階的に内径が大きくなっている。中径部７ｂには、インナワイヤ２を回転自在に支持する転がり軸受１２が嵌め込まれる。
【００２２】
雌ねじ部材１３は、円筒状部１４と、この円筒状部１４の一端から内径側へ延びるつば状部１５とを有する筒状の部材であって、円筒状部１４の内周先端側に、前記雄ねじ部材６の雄ねじ部８に螺合する雌ねじ部１６が形成されている。つば状部１５の内径は、アウタチューブ１が外周に嵌合する寸法とされている。
【００２３】
アウタチューブ１を他の部材に結合する際には、まず、雄ねじ部材６の円筒部９をアウタチューブ１の内径部に嵌合させ、かつ雌ねじ部材１３のつば状部１５をアウタチューブ１の同一端の外径部に嵌合させた状態で、雄ねじ部材６の雄ねじ部８と雌ねじ部材１３の雌ねじ部１６とを螺合させる。これにより、雄ねじ部材６の円筒部９と雌ねじ部材１３のつば状部１５とで、アウタチューブ１の一端を内外から挟み込んで固定する。インナワイヤ２は、雄ねじ部材６の貫通孔７に挿通し、貫通孔７の中径部７ｂに嵌め込んだ転がり軸受１２によって支持させる。次いで、雄ねじ部材６のフランジ部１０を、結合対象である他の部材(図示せず)に結合する。この結合は、通孔１１に挿通したボルト等の固定具(図示せず)によって行う。以上で、アウタチューブ１と他の部材との結合が完了し、図１の状態となる。
この状態から、雄ねじ部８と雌ねじ部１６の螺合を外すことで、雄ねじ部材６の円筒部９および雌ねじ部材１３のつば状部１５による拘束からアウタチューブ１が解放され、アウタチューブ１と結合対象部材との結合が解除される。これらアウタチューブ１と他の部材との結合操作およびその解除操作は容易である。
また、アウタチューブ１と継手５を結合した状態で、雄ねじ部材６の結合手段（フランジ部１０）により可撓性ワイヤＡと他の部材との結合操作および解除操作を行っても良い。これら可撓性ワイヤＡと他の部材との結合操作およびその解除操作はさらに容易となる。
【００２４】
前記インナワイヤ２の入力端２ａおよび出力端２ｂには、入力軸、出力軸等の回転軸１８と連結するカップリング１９が設けられている。図例のカップリング１９は、軸方向に貫通する貫通孔１９ａを有し、この貫通孔１９ａと外周との間に軸方向に離れて２つのねじ孔１９ｂを設けてある。前記貫通孔１９ａにインナワイヤ２および回転軸１８を両側から挿入し、ねじ孔１９ｂに螺着したボルト等のねじ部材（図示せず）の先端をインナワイヤ２および回転軸１８に押し付けることで、これらインナワイヤ２および回転軸１８をカップリング１９に固定して、インナワイヤ２と回転軸１８とを連結する。
【００２５】
カップリング１９は、インナワイヤ２と回転軸１８とを回転伝達可能に連結できればよく、上記以外の構成であってもよい。例えば、図２および図３に示す構成とすることができる。このカップリング１９は、インナワイヤ２と一体回転するワイヤ側部材２０と、回転軸１８と一体回転する軸側部材２１とを有する。ワイヤ側部材２０とインナワイヤ２、および軸側部材２１と回転軸１８は、それぞれ圧入により固定されるか、またはボルト等の固定具（図示せず）により固定される。これらワイヤ側部材２０および軸側部材２１の対向する端面には、互いに係合する径方向溝２０ａと、この径方向溝２０ａに係合する突起２１ａとがそれぞれ設けられている。この図例では、径方向溝２０ａおよび突起２１ａが、それぞれ円周方向の２箇所に設けられている。
【００２６】
インナワイヤ２と回転軸１８とを連結するには、図２（Ａ）のように対向して設けたワイヤ側部材２０および軸側部材２１を互いに接近するように軸方向に相対移動させて、図３のように径方向溝２０ａと突起２１ａとを互いに係合させる。それにより、ワイヤ側部材２０と軸側部材２１とがトルクを伝達可能に連結される。インナワイヤ２と回転軸１８との連結を外すには、上記と逆に、ワイヤ側部材２０および軸側部材２１を互いに離れるように軸方向に相対移動させて、径方向溝２０ａと突起２１ａとの係合を解除する。これらインナワイヤ２と回転軸１８との連結操作およびその解除操作は容易である。
【００２７】
この可撓性ワイヤＡの出力側には、インナワイヤ２の回転を減速する減速機構２２が設けられている。この減速機構２２は、減速機ハウジング２２ｃの前後にそれぞれ突出する入力軸２２ａと出力軸２２ｂを回転自在に支持し、減速機ハウジング２２ｃ内に、入力軸２２ａの回転を減速して出力軸２２ｂに伝達する回転減速伝達系（図示せず）を設けたものである。図例では、入力軸２２ａと出力軸２２ｂとが同一軸上に配置されている。減速機構２２の回転減速伝達系としては、遊星歯車機構、波動歯車（ハーモニックドライブ）等が採用される。減速機構２２の入力軸２２ａは、インナワイヤ２の出力側にカップリング１９を介して連結された前記回転軸１８に連結される。減速機構２２の出力軸２２ｂは、外部の作動機器（図示せず）に連結される。
【００２８】
この構成の可撓性ワイヤＡは、インナワイヤ２の出力側にこのインナワイヤ２の回転を減速して出力する減速機構２２を設けたため、インナワイヤ２で伝達するトルクが小さくても、大きなトルクを発生できる。インナワイヤ２で伝達するトルクが小さければ、細いインナワイヤ２を使用することができる。そのため、コンパクトな構造で、可撓性の高い可撓性ワイヤＡを実現できる。また、隣合う転がり軸受３間に、これら転がり軸受３に対して予圧を与えるばね要素４Ｉ，４Ｏを設けたことにより、インナワイヤ２の固有振動数が低くなることを抑えられ、インナワイヤ２を高速回転させることが可能である。内輪用ばね要素４Ｉおよび外輪用ばね要素４Ｏは、インナワイヤ２の長さ方向にわたり交互に配置されているため、アウタチューブ１の径を大きくせずに、ばね要素４Ｉ，４Ｏを設けることができる。
【００２９】
図４はこの発明の異なる実施形態を示す。この可撓性ワイヤＢは、出力側の継手５と減速機構２２とを直接連結したものである。減速機構２２は減速機ハウジング２２ｃと一体のフランジ部２３を有し、このフランジ部２３に、継手５の通孔１１に対応する固定具挿通用の通孔２４が複数設けられている。継手５の通孔１１はねじ孔になっている。継手５のフランジ部１０と減速機構２２のフランジ部２３とを当接させ、減速機構２２側から通孔２４に挿通したボルト２５を、ねじ孔である通孔１１に螺着させることで、継手５と減速機構２２とを連結する。
【００３０】
また、この可撓性ワイヤＢは、インナワイヤ２の出力端２ｂが減速機構２２の入力軸２２ａに直接連結される。すなわち、インナワイヤ２の出力端２ｂには、前記カップリング１９の代わりに歯車２６が設けられ、この歯車２６が入力軸２２ａに設けた歯車２７と噛み合っている。この例では、歯車２６は外歯歯車であり、歯車２７は内歯歯車である。
【００３１】
この構成の可撓性ワイヤＢは、減速機構２２を他の部材に固定して使用する。固定方法は限定しない。この構成によると、部品点数が少なくなるため、全体的にコンパクトにできる。それ以外は、前記実施形態と同じ構成である。なお、継手５の雄ねじ部材６と減速機構２２とを別部材とせずに、減速機構２２と雄ねじ部材６を一体化させてもよい。具体的には、減速機構ハウジング２２ｃに、雄ねじ部８と円筒部９とを設ければよい。
【００３２】
図５はこの発明の可撓性ワイヤの使用例を示す。この例は、図４の可撓性ワイヤＢにより、最終出力部が回転部である回転機構３０を遠隔操作するようにしたものである。回転機構３０は、両端が軸受３１で支持されたウォーム３２と、このウォーム３２と噛み合うウォームホイール３３、このウォームホイール３３を支持する最終出力部としての回転軸３４と、ウォームホイール３３の回転角を検出する位置検出手段であるロータリエンコーダ３５とを備える。可撓性ワイヤＢにおける減速機構２２の出力軸２２ｂが、カップリング３６を介して、ウォーム３２の一端と連結されている。回転軸３４には、工具、計測具等の作業機器が直接または間接的に取付けられる。
【００３３】
インナワイヤ２の入力端２ａにカップリング１９を介して回転駆動源３７が連結され、この回転駆動源３７によりインナワイヤ２が回転させられる。回転駆動源３７は、図示しない制御装置により制御される。インナワイヤ２のトルクが、減速機構２２で減速されて回転機構３０に伝達されて、回転軸３４が回転する。減速機構２２を設けたことで大きなトルクを発生できるため、回転軸３４を大きさトルクで回転させることができる。また、回転機構３０に生じる摩擦に対しても、その摩擦に打ち勝つ力を発生できるため、インナワイヤ２の捩れ剛性が低くても、スティックスリップが起こりにくい。
【００３４】
図６は可撓性ワイヤの異なる使用例を示す。この例は、図４の可撓性ワイヤＢにより、最終出力部が直動部である直動機構４０を遠隔操作するようにしたものである。直動機構４０は、両端が軸受４１で支持されたボールねじ４２と、このボールねじ４２に螺合するナット４３とでなるボールねじ機構４４を備え、前記ナット４３に最終出力部としての直動部材４５がボルト等（図示せず）で固定されている。ボールねじ機構４４により、ボールねじ４２の回転運動が直線運動に変換されて、直動部材４５がボールねじ４２の軸方向に直線移動する。直動部材４５にはリニアスケール４６が設置され、このリニアスケール４６の目盛を位置検出手段であるリニアエンコーダ４７により検出する。可撓性ワイヤＢにおける減速機構２２の出力軸２２ｂが、カップリング３６を介して、ボールねじ４２の一端と連結されている。直動部材４５には、工具、計測具等の作業機器が直接または間接的に取付けられる。
【００３５】
インナワイヤ２の入力側にカップリング１９を介して回転駆動源３７が連結され、この回転駆動源３７によりインナワイヤ２が回転させられる。回転駆動源３７は、図示しない制御装置により制御される。インナワイヤ２のトルクが、減速機構２２で減速されて直動機構４０に伝達されて、直動部材４５が直線運動する。減速機構２２を設けたことで大きなトルクを発生できるため、直動部材４５による大きさ推力が得られる。また、直動機構４０に生じる摩擦に対しても、その摩擦に打ち勝つ力を発生できるため、インナワイヤ２の捩れ剛性が低くても、スティックスリップが起こりにくい。
【００３６】
上記回転機構３０や直動機構４０の遠隔操作にあたっては、前記制御装置に手動で制御指令を入力して回転駆動源３７の出力量を制御してもよいが、ロータリエンコーダ３５またはリニアエンコーダ４７の出力値を前記制御装置にフィードバックして、回転駆動源３７の出力量を自動で制御させれば、遠隔操作の制御対象である前記機器の位置決め精度を向上させることができる。また、インナワイヤ２の回転が減速機構２２によって減速されて、回転機構３０または直動機構４０に現れるインナワイヤ２の捩れの影響が小さくなるため、ロータリエンコーダ３５またはリニアエンコーダ４７の位置決め分解能を高く保つことができ、高精度なフィードバック制御をできる。そのため、回転機構３０や直動機構４０を精度良く遠隔操作することができる。
【００３７】
図５および図６は可撓性ワイヤＢを用いた例を示すが、可撓性ワイヤＡを用いても、回転機構３０や直動機構４０を精度良く遠隔操作することができる。
【００３８】
これら可撓性ワイヤＡ，Ｂは、医療、機械加工等の分野で作業機器を遠隔操作するための回転力伝達手段として用いるのに適する。これら可撓性ワイヤＡ，Ｂを用いることで、作業機器の正確な位置決めや正確な動作が可能になる。
【００３９】
この発明の可撓性ワイヤは、アウタチューブ１内に転がり軸受３の潤滑剤を封入しても良い。図７は、可撓性ワイヤが図１に示す可撓性ワイヤＡである場合の例を示す。同図において、インナワイヤ２の入力端２ａおよび出力端２ｂと継手５との間にシール部材５０を設けて、アウタチューブ１内をシール構造とすることで、潤滑剤が外部に漏れることを防止する。図例では、インナワイヤ２の入力端２ａおよび出力端２ｂの外周に嵌合する筒状部材５１と、継手５における雄ねじ部材６との間に、シール部材５０を介在させてある。シール部材５０を設ける代わりに、インナワイヤ２の入力端２ａおよび出力端２ｂと継手５との間に滑り軸受（図示せず）を設けて、アウタチューブ１内をシール構造としても良い。潤滑剤としては、流動性の無いグリースを使用するのが良い。このように、アウタチューブ１内に潤滑剤を封入すれば、転がり軸受３の転がり性能を良好な状態に維持できる。
【００４０】
また、図８に示すように、アウタチューブ１内に転がり軸受３の潤滑剤を流通させるようにしても良い。前記同様に、インナワイヤ２の入力端２ａおよび出力端２ｂと継手５との間にシール部材（図示せず）を設けて、アウタチューブ１内をシール構造とすると共に、アウタチューブ１の両端に潤滑剤の入口５２および出口５３をそれぞれ設けて、潤滑剤供給装置５４から供給される潤滑剤が前記入口５２からアウタチューブ１内に入り、前記出口５３からアウタチューブ１外へ出るようにしてある。出口５３から出た潤滑剤を潤滑剤供給装置５４に回収して、潤滑剤を循環させるようにしても良い。潤滑剤としては、流動性の高い潤滑油を使用するのが良い。このように、アウタチューブ１内を潤滑剤が流れる流路とすることにより、別の潤滑経路を設けることなく、転がり軸受３の潤滑を行うことができる。この場合も、転がり軸受３の転がり性能を良好な状態に維持できる。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ，Ｂ…可撓性ワイヤ
１…アウタチューブ
２…インナワイヤ
２ａ…入力端
２ｂ…出力端
３…転がり軸受
４Ｉ…内輪用ばね要素
４Ｏ…外輪用ばね要素
５…継手
６…雄ねじ部材
７…貫通孔
８…雄ねじ部
１０…フランジ部（結合手段）
１３…雌ねじ部材
１６…雌ねじ部
１８…回転軸
１９…カップリング
２０…ワイヤ側部材
２０ａ…径方向溝
２１…軸側部材
２１ａ…突起
２２…減速機構
２２ａ…入力軸
２２ｂ…出力軸
３０…回転機構
３５…ロータリエンコーダ（位置検出手段）
３７…回転駆動源
４０…直動機構
４７…リニアエンコーダ（位置検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性のアウタチューブの内部に、両端がそれぞれ回転の入力端および出力端となる可撓性のインナワイヤを複数の転がり軸受によって回転自在に支持し、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対して予圧を与えるばね要素を設け、前記インナワイヤの出力端と連結されてインナワイヤの回転を減速して出力する減速機構を設けたことを特徴とする可撓性ワイヤ。
【請求項２】
請求項１において、前記ばね要素は、前記転がり軸受の内輪に予圧を与える内輪用ばね要素と、外輪に予圧を与える外輪用ばね要素とを有し、これら内輪用ばね要素と外輪用ばね要素を前記インナワイヤの長さ方向にわたり交互に配置した可撓性ワイヤ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記インナワイヤを回転させる回転駆動源を、インナワイヤの前記入力端と連結して設けた可撓性ワイヤ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記減速機構の出力側に、この減速機構で減速された回転出力により最終出力部を回転させる回転機構を設けた可撓性ワイヤ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記減速機構の出力側に、この減速機構で減速された回転出力を直動運動に変換して最終出力部を直線運動させる直動機構を設けた可撓性ワイヤ。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、前記回転機構または前記直動機構の動作位置を検出する位置検出手段を設けた可撓性ワイヤ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記アウタチューブの両端またはいずれか一方端に、アウタチューブを他の部材に着脱自在に結合する継手を設けた可撓性ワイヤ。
【請求項８】
請求項７において、前記継手は、内周に前記インナワイヤが挿通される貫通孔が形成され、外周に雄ねじ部が形成され、軸方向の一端部が前記アウタチューブの内径部に嵌合する筒状の雄ねじ部材と、内周に前記雄ねじ部材の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が形成され、軸方向の一端部が前記アウタチューブの外径部に嵌合する筒状の雌ねじ部材とを有し、これら雄ねじ部材および雌ねじ部材のいずれか一方に、前記他の部材に結合する結合手段を設けた可撓性ワイヤ。
【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、前記インナワイヤの両端またはいずれか一方端に、これらインナワイヤの端部に対向して回転自在に支持された回転軸と連結するカップリングを設けた可撓性ワイヤ。
【請求項１０】
請求項９において、前記カップリングは、前記インナワイヤと一体回転するワイヤ側部材と、前記回転軸と一体回転する軸側部材とを有し、これらワイヤ側部材および軸側部材の互いに対向する端面にそれぞれ設けた径方向溝とこの径方向溝に係合可能な突起とが互いに係合することで、前記インナワイヤと前記回転軸とを回転伝達可能に連結するものである可撓性ワイヤ。
【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、前記アウタチューブ内に前記転がり軸受の潤滑剤を封入するか、または流通させた可撓性ワイヤ。
【請求項１】
可撓性のアウタチューブの内部に、両端がそれぞれ回転の入力端および出力端となる可撓性のインナワイヤを複数の転がり軸受によって回転自在に支持し、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対して予圧を与えるばね要素を設け、前記インナワイヤの出力端と連結されてインナワイヤの回転を減速して出力する減速機構を設けたことを特徴とする可撓性ワイヤ。
【請求項２】
請求項１において、前記ばね要素は、前記転がり軸受の内輪に予圧を与える内輪用ばね要素と、外輪に予圧を与える外輪用ばね要素とを有し、これら内輪用ばね要素と外輪用ばね要素を前記インナワイヤの長さ方向にわたり交互に配置した可撓性ワイヤ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記インナワイヤを回転させる回転駆動源を、インナワイヤの前記入力端と連結して設けた可撓性ワイヤ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記減速機構の出力側に、この減速機構で減速された回転出力により最終出力部を回転させる回転機構を設けた可撓性ワイヤ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記減速機構の出力側に、この減速機構で減速された回転出力を直動運動に変換して最終出力部を直線運動させる直動機構を設けた可撓性ワイヤ。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、前記回転機構または前記直動機構の動作位置を検出する位置検出手段を設けた可撓性ワイヤ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記アウタチューブの両端またはいずれか一方端に、アウタチューブを他の部材に着脱自在に結合する継手を設けた可撓性ワイヤ。
【請求項８】
請求項７において、前記継手は、内周に前記インナワイヤが挿通される貫通孔が形成され、外周に雄ねじ部が形成され、軸方向の一端部が前記アウタチューブの内径部に嵌合する筒状の雄ねじ部材と、内周に前記雄ねじ部材の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が形成され、軸方向の一端部が前記アウタチューブの外径部に嵌合する筒状の雌ねじ部材とを有し、これら雄ねじ部材および雌ねじ部材のいずれか一方に、前記他の部材に結合する結合手段を設けた可撓性ワイヤ。
【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、前記インナワイヤの両端またはいずれか一方端に、これらインナワイヤの端部に対向して回転自在に支持された回転軸と連結するカップリングを設けた可撓性ワイヤ。
【請求項１０】
請求項９において、前記カップリングは、前記インナワイヤと一体回転するワイヤ側部材と、前記回転軸と一体回転する軸側部材とを有し、これらワイヤ側部材および軸側部材の互いに対向する端面にそれぞれ設けた径方向溝とこの径方向溝に係合可能な突起とが互いに係合することで、前記インナワイヤと前記回転軸とを回転伝達可能に連結するものである可撓性ワイヤ。
【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、前記アウタチューブ内に前記転がり軸受の潤滑剤を封入するか、または流通させた可撓性ワイヤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１２７６４６（Ｐ２０１１−１２７６４６Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８４９８０（Ｐ２００９−２８４９８０）
【出願日】平成２１年１２月１６日（２００９．１２．１６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ハーモニックドライブ
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１６日（２００９．１２．１６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ハーモニックドライブ
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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