JP5500891B2

JP5500891B2 - 遠隔操作型アクチュエータ

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Publication number: JP5500891B2
Application number: JP2009166711A
Authority: JP
Inventors: 孝美尾崎; 浩磯部
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2029-07-15
Also published as: JP2010069290A

Description

この発明は、工具の姿勢を遠隔操作で変更可能で、医療用、機械加工等の用途で用いられる遠隔操作型アクチュエータに関する。

医療用として骨の加工に用いられたり、機械加工用としてドリル加工や切削加工に用いられたりする遠隔操作型アクチュエータがある。遠隔操作型アクチュエータは、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、従来の遠隔操作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、医療用の場合、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。以下、医療用を例にとって、遠隔操作型アクチュエータの従来技術と課題について説明する。

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。

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。

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。

特開２００７−３０１１４９号公報米国特許第４，４６６，４２９号明細書米国特許第４，２６５，２３１号明細書特開２００１−１７４４６号公報

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。

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。

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、加工を精度良く行えるように、常に工具の姿勢が安定していることが望まれる。

なお、細長いパイプ部を有しない遠隔操作型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。

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変更することができ、常に工具の姿勢が安定した遠隔操作型アクチュエータを提供することを課題としている。

この発明にかかる遠隔操作型アクチュエータは、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、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複数の転がり軸受と、両端に貫通した内径孔がガイド孔となるガイドパイプとを、前記スピンドルガイド部の外郭の内部に有し、これら複数の転がり軸受の外径面の一部を前記ガイドパイプで支持し、先端が前記先端部材に直接または間接的に接する状態で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姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、前記姿勢変更用駆動源の動作を前記姿勢操作部材に伝達する駆動機構部を設け、前記駆動機構部は、前記姿勢操作部材の基端に形成された雄ねじ部と、駆動機構部を収容する駆動部ハウジングに固定され前記雄ねじ部に螺合した雌ねじ部とでなるねじ機構を有し、前記駆動部ハウジングは前記スピンドルガイド部の基端に結合され、前記姿勢変更用駆動源はロータリアクチュエータであって、このロータリアクチュエータで前記姿勢操作部材の基端を回転させることにより、前記ねじ機構の作用で前記姿勢操作部材を進退させることを特徴とする。

この構成によれば、先端部材に設けられ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直接または間接的に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。
工具や先端部材に外力が作用した場合、先端部材から姿勢操作部材に軸方向の力が作用する。しかし、姿勢変更用駆動源はロータリアクチュエータであって、このロータリアクチュエータで姿勢操作部材の基端を回転させることにより、ねじ機構の作用で姿勢操作部材を進退させるため、姿勢操作部材は回転方向に回らない限り軸方向に移動しない。そのため、外力に対する先端部材の姿勢安定性が良い。
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を遠隔操作で行える。また、姿勢変更用駆動源としてロータリアクチュエータを用いたため、このロータリアクチュエータの回転出力をそのまま姿勢操作部材の基端を伝達すればよく、姿勢変更用の駆動機構部を簡略に構成できる。

この発明において、前記駆動部ハウジング内に前記工具回転用駆動源および前記姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を設けてもよい。
工具回転用駆動源および姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を駆動部ハウジング内に設ければ、駆動部ハウジングの外部に設けられる部品点数を減らして、遠隔操作型アクチュエータ全体の構成を簡略にできる。

また、前記駆動部ハウジング外に前記工具回転用駆動源および前記姿勢変更用駆動源を設けてもよい。
工具回転用駆動源および姿勢変更用駆動源を駆動部ハウジング外に設ければ、駆動部ハウジングを小型化できる。そのため、駆動部ハウジングを持って遠隔操作型アクチュエータを操作する際の取扱性を向上させられる。

前記工具回転用駆動源および前記姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を前記駆動部ハウジング外に設ける場合、前記工具回転用駆動源および前記姿勢変更用駆動源のうち前記駆動部ハウジング外に設けた駆動源の駆動力を、前記回転軸または前記姿勢操作部材へ可撓性ケーブルで伝達するのがよい。
駆動部ハウジング外に設けた駆動源の駆動力を、回転軸または姿勢操作部材へ可撓性ケーブルで伝達すれば、駆動部ハウジング外に設けた駆動源と駆動部ハウジングとの位置関係についての融通性が高く、遠隔操作型アクチュエータを操作しやすい。

前記姿勢操作部材は、前記先端部材を押付ける側に動作することにより先端部材を姿勢変更させるものであってもよく、あるいは前記先端部材を引っ張る側に動作することにより先端部材を姿勢変更させるものであってもよい。
いずれであっても、姿勢操作部材で先端部材を良好に姿勢変更させることができる。

この発明において、前記ガイド孔およびこのガイド孔内に挿通された姿勢操作部材を１箇所のみに設け、前記先端部材を所定姿勢側へ付勢する復元用弾性部材を設け、前記姿勢操作部材は前記復元用弾性部材の付勢力に抗して前記先端部材を姿勢変更させることができる。また、前記ガイド孔およびこのガイド孔内に挿通された姿勢操作部材を２箇所に設け、前記姿勢変更用駆動源を各姿勢操作部材に対して個別に設け、前記２箇所の姿勢操作部材の前記先端部材への作用力の釣り合いにより前記先端部材の姿勢を変更、維持させてもよい。これらの場合、１本の姿勢変更軸回りに先端部材の姿勢を変更できる。後者は、２つの姿勢操作部材で先端部材に加圧されるため、１つ姿勢操作部材だけで加圧される前者に比べ、先端部材の姿勢安定性を高めることができる。

さらに、前記先端部材連結部が、前記先端部材を任意方向に傾動可能に支持するものであり、前記ガイド孔およびこのガイド孔内に挿通された姿勢操作部材を、前記先端部材の傾動中心の周りの３箇所以上に設け、前記姿勢変更用駆動源を各姿勢操作部材に対して個別に設け、前記３箇所以上の姿勢操作部材の前記先端部材への作用力の釣り合いにより前記先端部材の姿勢を変更、維持させてもよい。この場合、２本の姿勢変更軸回りに先端部材の姿勢を変更できる。この構成では、３つ以上の姿勢操作部材で先端部材に加圧されるため、さらに先端部材の姿勢安定性を高めることができる。

この発明において、前記ロータリアクチュエータの回転を減速して前記姿勢操作部材の基端に伝達する減速回転伝達機構を設けてもよい。
減速回転伝達機構を設けると、高速回転する小型のロータリアクチュエータでも姿勢操作部材の基端を低速で回転させることができるので、小型のロータリアクチュエータを使用することが可能になる。

この発明において、前記外郭が外郭パイプであっても良い。
この構成であれば、外郭パイプによりスピンドルガイド部の内部を保護しつつ、スピンドルガイド部を中空状にして軽量化を図れる。

上記構成とする場合、前記外郭パイプ内の中心に前記回転軸を配置し、この回転軸と外郭パイプの内径面との間に、複数本の補強シャフトと前記ガイドパイプとを円周方向に並べて設けるのが良い。
このように補強シャフトとガイドパイプとを設けることにより、これらをスピンドルガイド部内にバランス良く配置して、スピンドルガイド部の剛性向上を図れる。

上記構成において、前記複数の転がり軸受の外径面を、前記複数本の補強シャフトと前記ガイドパイプとで支持することができる。
補強シャフトとガイドパイプとを利用することで、余分な部材を用いずに転がり軸受の外径面を支持できる。

また、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複数の転がり軸受を設ける場合、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るのが望ましい。
加工の仕上がりを良くするには、スピンドルを高速回転させて加工するのがよい。スピンドルを高速回転させると、工具に作用する切削抵抗を低減させる効果もある。スピンドルはワイヤ等からなる細い回転軸を介して回転力が伝達されるので、スピンドルの高速回転を実現させるため、回転軸を支持する転がり軸受に予圧をかけておくことが必要となる。この予圧のためのばね要素を隣合う転がり軸受間に設ければ、スピンドルガイド部の径を大きくせずにばね要素を設けられる。

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よい。
姿勢操作部材は可撓性であるため、スピンドルガイド部に湾曲した箇所があっても、ガイド孔内で進退させることができる。

この発明の遠隔操作型アクチュエータは、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、、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複数の転がり軸受と、両端に貫通した内径孔がガイド孔となるガイドパイプとを、前記スピンドルガイド部の外郭の内部に有し、これら複数の転がり軸受の外径面の一部を前記ガイドパイプで支持し、先端が前記先端部材に直接または間接的に接する状態で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姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、前記姿勢変更用駆動源の動作を前記姿勢操作部材に伝達する駆動機構部を設け、前記駆動機構部は、前記姿勢操作部材の基端に形成された雄ねじ部と、駆動機構部を収容する駆動部ハウジングに固定され前記雄ねじ部に螺合した雌ねじ部とでなるねじ機構を有し、前記駆動部ハウジングは前記スピンドルガイド部の基端に結合され、前記姿勢変更用駆動源はロータリアクチュエータであって、このロータリアクチュエータで前記姿勢操作部材の基端を回転させることにより、前記ねじ機構の作用で前記姿勢操作部材を進退させるため、細長形状であるスピンドルガイド部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で変更することができ、常に工具の姿勢が安定する。

この発明の実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの先端部材、スピンドルガイド部、および駆動部ハウジングの一部の断面図、（Ｂ）はそのIIＢ−IIＢ断面図、（Ｃ）は先端部材と回転軸との連結構造を示す図である。同遠隔操作型アクチュエータの駆動部の正面図に制御系を組み合わせて表示した図である。（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの減速回転伝達機構の正面図、（Ｂ）はその側面図である。同遠隔操作型アクチュエータに冷却手段を設けた場合の概略構成を示す図である。（Ａ）は図１ないし図４に示す実施形態の変形例である遠隔操作型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VIＢ−VIＢ断面図である。さらに異なる変形例である遠隔操作型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VIIＢ−VIIＢ断面図である。異なるスピンドルガイド部と駆動部ハウジングの連結部の断面図である。（Ａ）は異なる減速回転伝達機構の正面図、（Ｂ）はその側面図である。（Ａ）はさらに異なる減速回転伝達機構の正面図、（Ｂ）はその側面図である。（Ａ）はこの発明の異なる実施形態にかかる遠隔操作型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XIＢ−XIＢ断面図である。（Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型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XIIＢ−XIIＢ断面図である。（Ａ）は姿勢操作部材が異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材、スピンドルガイド部、および駆動部ハウジングの一部の断面図、（Ｂ）はそのXIIIＢ−XIIIＢ断面図である。（Ａ）は姿勢操作部材がさらに異なる遠隔操作型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XIVＢ−XIVＢ断面図である。スピンドルガイド部の形状が異なる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。同遠隔操作型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構成を示す図である。同工具回転用駆動機構の工具回転用ケーブルの断面図である。同姿勢変更用駆動機構の姿勢変更用ケーブルの断面図である。

この発明の実施形態を図１〜図４と共に説明する。図１において、この遠隔操作型アクチュエータは、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。

図２に示すように、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ＣＬ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。

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３）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。図２（Ｃ）に示すように、スピンドル１３と回転軸２２とは、自在継手等の継手２３を介して回転伝達可能に接続されている。継手２３は、スピンドル１３の閉塞した基端に設けられた溝１３ａと、回転軸２２の先端に設けられ前記溝１３ａに係合する突起２２ａとで構成される。上記溝１３ａと突起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。

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。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２６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を別部材とし、溶接等により結合してもよい。

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、姿勢操作ワイヤ３１ａと、この姿勢操作ワイヤ３１ａの先端側に設けた柱状ピン３１ｂとでなる。柱状ピン３１ｂの先端は球面状で、先端部材ハウジング１１の基端面に当接している。

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、圧縮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。

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。

姿勢操作ワイヤ３１ａの基端には雄ねじ部３６ａが形成されており、この雄ねじ部３６ａは、駆動部ハウジング４ａに形成された雌ねじ部３６ｂと螺合している。これら雄ねじ部３６ａと雌ねじ部３６ｂとでねじ機構３６を構成している。姿勢変更用駆動源４２（図３）の駆動で姿勢操作ワイヤ３１ａの基端を回転させることにより、ねじ機構３６の作用で姿勢操作ワイヤ３１ａが進退する。

図３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。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、例えば電動ロータリアクチュエータであり、その出力軸４２ａの回転が減速回転伝達機構４３を介して前記姿勢操作ワイヤ３１ａの基端に減速して伝達される。姿勢変更用駆動機構４ｃは、上記姿勢変更用駆動源４２と駆動機構部８３とで構成される。駆動機構部８３は、前記ねじ機構３６と減速回転伝達機構４３とで構成される。

図３および図４に示すように、減速回転伝達機構４３は、姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａに取付けられた円形平歯車４３ａと、駆動部ハウジング４ａに固定された支持部材６０に回転自在に支持され前記円形平歯車４３ａと噛み合う扇形平歯車４３ｂとでなり、この扇形平歯車４３ｂの回転中心軸６１上に設けた回転摺動部６２で、扇形平歯車４３ｂから姿勢操作ワイヤ３１ａの基端側延長部６３へ回転を伝達する。円形平歯車４３ａよりも扇形平歯車４３ｂの方が、ピッチ円直径が大きく、出力軸４２ａの回転が減速して姿勢操作ワイヤ３１ａの基端に伝達される。上記回転摺動部６２は、扇形平歯車４３ｂに形成された溝付き孔６２ａと、前記基端側延長部６３の突起付き軸６２ｂとで構成され、溝付き孔６２ａに対し突起付き軸６２ｂが回転拘束された状態で軸方向に移動可能に嵌合している。減速回転伝達機構４３を設けると、高速回転する小型のロータリアクチュエータでも姿勢操作ワイヤ３１ａの基端を低速で回転させることができるので、姿勢変更用駆動源４２として小型のロータリアクチュエータを使用することが可能になる。また、姿勢変更用駆動源４２としてロータリアクチュエータを用いたため、このロータリアクチュエータの回転出力をそのまま姿勢操作ワイヤ３１ａの基端に伝達すればよく、姿勢変更用駆動機構４ｃを簡略にできる。

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２）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。

また、姿勢変更用駆動機構４ｃには、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、この供給電力計４７の検出値が荷重検出手段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。

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。

この遠隔操作型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、その回転力が回転軸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遠隔操作型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。

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２（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２（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、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。

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は、姿勢操作ワイヤ３１ａおよび柱状ピン３１ｂからなり、全体で可撓性であるため、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。姿勢変更用駆動源４２は先端部材１から離れた位置に設けられており、上記先端部材１の姿勢変更を遠隔操作で行える。

工具１や先端部材２に外力が作用した場合、先端部材２から姿勢操作部材３１に軸方向の力が作用するが、ねじ機構３６で姿勢操作部材３１を進退させる構成であるため、姿勢操作部材３１は回転方向に回らない限り軸方向に移動しない。そのため、先端部材２の外力に対する姿勢安定性が良い。

この遠隔操作型アクチュエータは、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。このため、上記のように先端部材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。

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。

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。

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、遠隔操作型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。

この遠隔操作型アクチュエータは、スピンドルガイド部３が中空状であることを利用して、工具１等を冷却する冷却手段５０を図５のように設けることができる。すなわち、冷却手段５０は、遠隔操作型アクチュエータの外部に設けた冷却液供給装置５１と、この冷却液供給装置５１から駆動部ハウジング４ａ、スピンドルガイド部３、および先端部材２の内部を通って工具１に冷却液を導く冷却液供給管５２とでなり、冷却液供給管５２におけるスピンドルガイド部３を通る部分５２ａは外郭パイプ２５自体が冷却液供給管５２であり、外郭パイプ２５の内部を冷却液が通過するようにしてある。工具１まで導かれた冷却液は、工具１の外周へ吐出される。このような冷却手段５０を設ければ、冷却液により、工具１、被加工物、スピンドル１３、回転軸２２等の発熱箇所を冷却することができる。外郭パイプ２５内に冷却液を通過させるため、冷却液供給用の管を別に設ける必要がなく、スピンドルガイド部３を簡素化および小径化できる。また、前記冷却液を転がり軸受２６，２９の潤滑に兼用させてもよい。そうすれば、軸受に一般的に使用されているグリス等を使用しなくてもよく、しかも別に潤滑装置を設けなくて済む。なお、工具１まで導かれた冷却液を工具１の外周に吐出させずに、冷却液供給装置５１へ戻す循環型の構成としてもよい。ただし、外郭パイプ２５内に通過させる冷却液の流量が少ない場合は、さらに外部から冷却液を供給し、工具１や被加工物を冷却してもよい。

上記冷却液は、水もしくは生理食塩水であるのが望ましい。冷却液が水もしくは生理食塩水であれば、先端部材２を生体内に挿入して加工を行う場合に冷却液が生体に悪影響を与えないからである。冷却液を水もしくは生理食塩水とする場合、冷却液と接する部品の材質は、耐腐食性に優れたステンレスであるのが望ましい。この遠隔操作型アクチュエータを構成する他の各部品も、ステンレス製であってもよい。

上記例では、姿勢操作部材３１が姿勢操作ワイヤ３１ａと柱状ピン３１ｂとでなり、柱状ピン３１ｂで先端部材２のハウジング１１を押して先端部材２を姿勢変更させるが、図６のように、姿勢操作ワイヤ３１ａのみで姿勢操作部材３１を構成し、姿勢操作ワイヤ３１ａの先端でハウジング１１を直接押すようにしてもよい。その場合、姿勢操作ワイヤ３１ａの先端は球面状とするのが好ましい。

また、上記各例では、姿勢操作部材３１がハウジング１１を押すことにより先端部材２の姿勢変更を行うが、図７のように、姿勢操作部材３１を、姿勢操作ワイヤ３１ａと、この姿勢操作ワイヤ３１ａの先端とハウジング１１とを連結する連結部材３１ｃとで構成し、姿勢変更用駆動源４２（図３）により姿勢操作ワイヤ３１ａを基端側へ後退させることで、姿勢操作ワイヤ３１ａがハウジング１１を引っ張って先端部材２の姿勢変更を行うようにしてもよい。この場合、復元用弾性部材３２は引っ張りコイルばねとする。

図８は、図２のものとは異なる構成のねじ機構を示す。このねじ機構３６は、雌ねじ部３６ｂがガイドパイプ３０の基端内周に形成されている。雄ねじ部３６ａは、前記同様、姿勢操作ワイヤ３１ａの基端に形成されている。この場合も、前記同様、姿勢変更用駆動源４２（図３）の駆動で姿勢操作ワイヤ３１ａの基端を回転させることにより、ねじ機構３６の作用で姿勢操作ワイヤ３１ａが進退させることができる。

図９および図１０は、それぞれ前記のものと異なる減速回転伝達機構を示す。図９の減速回転伝達機構４３は、姿勢変更用駆動源（図示せず）の出力軸４２ａに取付けられたギア４３ｃと、支持部材（図示せず）に回転自在に支持され前記ギア４３ｃと噛み合うウォーム４３ｄとでなるウォームギア機構とされている。また、図１０の減速回転伝達機構４３は、姿勢変更用駆動源（図示せず）の出力軸４２ａに取付けられた第１傘歯車４３ｅと、支持部材（図示せず）に回転自在に支持され前記第１傘歯車４３ｅと噛み合う第２傘歯車４３ｆとでなる傘歯車機構とされている。いずれについても、ウォーム４３ｄまたは第２傘歯車４３ｆの回転中心軸６１上に設けた前記同様の回転摺動部６２で、ウォーム４３ｄまたは第２傘歯車４３ｆから姿勢操作ワイヤ３１ａの基端側延長部６３へ回転を伝達する。

図１１は異なる実施形態を示す。この遠隔操作型アクチュエータは、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内に姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。図は、姿勢操作部材３１が姿勢操作ワイヤ３１ａおよび柱状ピン３１ｂで構成された例を示している。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。

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１１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１１（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１１（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。

図１２はさらに異なる実施形態を示す。この遠隔操作型アクチュエータは、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。

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（図示せず）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。
例えば、図１２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１２（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１２（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。
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１２（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。
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。

姿勢操作部材３１は、図１３および図１４に示すように、複数の力伝達部材３１ｄで構成してもよい。図１３は力伝達部材３１ｄがボールである例であり、図１４は力伝達部材３１ｄが円柱等の柱状体である例である。各力伝達部材３１ｄは、ガイド孔３０ａの長さ方向に沿って隙間無く並んでいる。これらの例では、力伝達部材３１ｄの並びの先端側に柱状ピン３１ｂが設けられている。また、力伝達部材３１ｄの並びの基端側には雄ねじ部材３１ｅが設けられる。そして、複数の力伝達部材３１ｄ、柱状ピン３１ｂ、および雄ねじ部材３１ｅで姿勢操作部材３１を構成している。

前記雄ねじ部材３１ｅの外周には雄ねじ部３６ａが形成され、この雄ねじ部３６ａに、駆動部ハウジング４ａに形成された雌ねじ部３６ｂと螺合している。これら雄ねじ部３６ａと雌ねじ部３６ｂとでねじ機構３６を構成している。姿勢変更用駆動源４２（図３）の駆動で雄ねじ部材３１ｅを回転させることにより、ねじ機構３６の作用で雄ねじ部材３１ｅが進退し、それに伴い姿勢操作部材３１全体が進退する。ねじ機構３６以外の姿勢操作駆動機構４ｃの構成は、図３のものと同じである。

このように、姿勢操作部材３１が複数の力伝達部材３１ｄで構成されている場合は、姿勢操作部材３１の先端で先端部材２を押付ける側に動作する際にだけ先端部材２を姿勢変更させる。姿勢操作部材３１が複数の力伝達部材３１ｄで構成されていても、先端部材２に対して確実に作用を及ぼすことができる。力伝達部材３１ｄはガイド孔３０ａ内に配列されているため、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、個々の力伝達部材３１ｄは剛体であっても、姿勢操作部材３１全体では可撓性であるため、曲がったスピンドルガイド部３に設けられ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。

図１３および図１４は、姿勢操作部材３１を互いに１２０度の位相にある３箇所の周方向位置に設けた例を示しているが、姿勢操作部材３１を互いに１８０度の位相にある２箇所の周方向位置に設けた場合や、周方向の１箇所に設けた姿勢操作部材３１とこれに対応する復元用弾性部材３２とを組み合わせた場合にも、複数の力伝達部材３１ｄで構成した姿勢操作部材３１を適用できる。

上記各実施形態はスピンドルガイド部３が直線形状であるが、この発明の遠隔操作型アクチュエータは、姿勢操作部材３１が可撓性であり、スピンドルガイド部３が曲がってい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ので、図１５のようにスピンドルガイド部３を湾曲形状としてもよい。あるいは、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。

図１６〜図１９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１６〜図１９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７０に設けられている。

この実施形態の工具回転用駆動機構７１は、駆動源ハウジング７０に設けた工具回転用駆動源４１の出力軸４１ａの回転を、工具回転用ケーブル７２のインナワイヤ７４（図１８）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。工具回転用ケーブル７２は、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７３の中心に、可撓性のインナワイヤ７４が、複数の転がり軸受７６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７４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７６間には、これら転がり軸受７６に予圧を発生させるためのばね要素７７Ａ，７７Ｂが設けられている。ばね要素７７Ａ，７７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受７６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素７７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素７７Ｂ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７７Ａ，７７Ｂにより転がり軸受７６に予圧をかけることにより、インナワイヤ７４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。

また、この実施形態の姿勢変更用駆動機構８１は、駆動源ハウジング７０に設けた姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａの回転を、姿勢変更用ケーブル８２を介して駆動部ハウジング４ａ内の駆動機構部８３へ伝達する。駆動機構部８３は、前記実施形態の姿勢変更用駆動機構４ｃから姿勢変更用駆動源４２を除いたものに相当し、姿勢変更用駆動機構４ｃにおける姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａの代わりに、円形平歯車４３ａを取付けた歯車取付軸８５が設けられている。歯車取付軸８５は、転がり軸受８５ａにより、駆動部ハウジング４ａに回転自在に支持されている。姿勢変更用駆動源４２はロータリアクチュエータであって、この姿勢変更用駆動源４２の回転を、姿勢変更用ケーブル８２のインナワイヤ８４（図１９）により歯車取付軸８５へ伝達する。

姿勢変更用ケーブル８２は、前記工具回転用ケーブル７２と同じ構造であり、例えば図１９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、姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａおよび歯車取付軸８５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。

図１６に示すように、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を制御するコントローラ５は、駆動源ハウジング６０に接続されている。先端部材２およびスピンドルガイド部３は、前記各実施形態のいずれかと同じ構成である。

この実施形態のように、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を持って遠隔操作型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。

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
１３…スピンドル
１５…先端部材連結部
２２…回転軸
２５…外郭パイプ
２６，２９…転がり軸受
２７Ａ，２７Ｂ…ばね要素
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
３１ｄ…力伝達部材
３２…復元用弾性部材
３４…補強シャフト
３６…ねじ機構
３６ａ…雄ねじ部
３６ｂ…雌ねじ部
４１…工具回転用駆動源
４２…姿勢変更用駆動源
４３…減速回転伝達機構
８３…駆動機構部

Claims

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、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複数の転がり軸受と、両端に貫通した内径孔がガイド孔となるガイドパイプとを、前記スピンドルガイド部の外郭の内部に有し、これら複数の転がり軸受の外径面の一部を前記ガイドパイプで支持し、先端が前記先端部材に直接または間接的に接する状態で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姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、前記姿勢変更用駆動源の動作を前記姿勢操作部材に伝達する駆動機構部を設け、
前記駆動機構部は、前記姿勢操作部材の基端に形成された雄ねじ部と、駆動機構部を収容する駆動部ハウジングに固定され前記雄ねじ部に螺合した雌ねじ部とでなるねじ機構を有し、前記駆動部ハウジングは前記スピンドルガイド部の基端に結合され、前記姿勢変更用駆動源はロータリアクチュエータであって、このロータリアクチュエータで前記姿勢操作部材の基端を回転させることにより、前記ねじ機構の作用で前記姿勢操作部材を進退させることを特徴とする遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１において、前記駆動部ハウジング内に前記工具回転用駆動源および前記姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１において、前記駆動部ハウジング外に前記工具回転用駆動源および前記姿勢変更用駆動源を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１において、前記工具回転用駆動源および前記姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を前記駆動部ハウジング外に設け、前記工具回転用駆動源および前記姿勢変更用駆動源のうち前記駆動部ハウジング外に設けた駆動源の駆動力を、前記回転軸または前記姿勢操作部材へ可撓性ケーブルで伝達する遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記姿勢操作部材は、前記先端部材を押付ける側に動作することにより先端部材を姿勢変更させるものとした遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記姿勢操作部材は、前記先端部材を引っ張る側に動作することにより先端部材を姿勢変更させるものとした遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記ガイド孔およびこのガイド孔内に挿通された姿勢操作部材を１箇所のみに設け、前記先端部材を所定姿勢側へ付勢する復元用弾性部材を設け、前記姿勢操作部材は前記復元用弾性部材の付勢力に抗して前記先端部材を姿勢変更させるものとした遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記ガイド孔およびこのガイド孔内に挿通された姿勢操作部材を２箇所に設け、前記姿勢変更用駆動源を各姿勢操作部材に対して個別に設け、前記２箇所の姿勢操作部材の前記先端部材への作用力の釣り合いにより前記先端部材の姿勢を変更、維持させるものとした遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１ないし請求項６のいずれ１項において、前記先端部材連結部が、前記先端部材を任意方向に傾動可能に支持するものであり、前記ガイド孔およびこのガイド孔内に挿通された姿勢操作部材を、前記先端部材の傾動中心の周りの３箇所以上に設け、前記姿勢変更用駆動源を各姿勢操作部材に対して個別に設け、前記３箇所以上の姿勢操作部材の前記先端部材への作用力の釣り合いにより前記先端部材の姿勢を変更、維持させるものとした遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記ロータリアクチュエータの回転を減速して前記姿勢操作部材の基端に伝達する減速回転伝達機構を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記外郭が外郭パイプである遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１１において、前記外郭パイプ内の中心に前記回転軸を配置し、この回転軸と外郭パイプの内径面との間に、複数本の補強シャフトと前記ガイドパイプとを円周方向に並べて設けた遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１１において、前記複数の転がり軸受の外径面を、前記複数本の補強シャフトと前記ガイドパイプとで支持した遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項において、隣合う前記転がり軸受の間に、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遠隔操作型アクチュエータ。
請求項１ないし請求項１４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遠隔操作型アクチュエータ。