超声波致动器的制作方法
本发明涉及一种使旋转对象旋转的致动器，特别是涉及一种使用超声波振动使旋转对象旋转的致动器。
背景技术：
伴随着小型机器人、精密设备的发展，谋求小型且功率重量比较高的致动器。其中，使用了压电式元件等压电元件的超声波马达具有较高的功率重量比，因此适用于相机镜头的驱动用等。这些中，关于将超声波振子内置于转子的结构，适于装置的小型化，因此提出了各种方案。
另一方面，超声波马达利用共振现象而将振幅扩大，因此为了应对制造时的形状误差、材料的不均匀性等，需要制造时或制造后的调节。为了应对上述问题，例如专利文献1的发明中，在成为固定件的振动体的主体设置推出振动体的抵接部的压缩弹簧，利用粘合剂使上述抵接部以及压缩弹簧固化，从而能够进行超声波马达的调节。
现有技术文献
专利文件
专利文献1：日本公开专利公报“日本特开2009-153283号(2009年7月9日公开)”
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1的超声波马达中，在振动体的主体设置有压缩弹簧等的预压调节机构，因此存在来自转子的反作用力对振子的振动模式带来影响这样的问题。特别是，当根据粘合剂的注入量的个体差异而使得振动体的质量产生不一致时，振动体的共振模式发生变化。即，由于用于使振子的振动最佳化的调节，反而可能导致振动特性变差。
本发明是鉴于以上的课题而完成的，其目的在于，提供一种可进行对振子的振动特性的影响较小的调节的超声波致动器。
解决问题的手段
为了解决上述的课题，本发明的一方式所涉及的超声波致动器具备：超声波振子；转子，其通过上述超声波振子的振动来旋转；以及预压机构，其将上述超声波振子以其振动的波节来保持，并产生用于将该超声波振子按压于上述转子的压力。
发明效果
根据本发明的一方式，能够提供可进行对超声波振子的振动特性的影响较小的调节的超声波致动器。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的医疗装置的使用方式的示意图。
图2是表示本发明的一个实施方式所涉及的插入部输送单元的外观的图。
图3是表示本发明的一个实施方式所涉及的插入部输送单元的简要结构的示意图。
图4是表示本发明的一个实施方式所涉及的插入部输送单元的动作的一方式的示意图。
图5是表示本发明的一个实施方式所涉及的插入部输送单元的动作的另一方式的示意图。
图6是表示本发明的一个实施方式所涉及的插入部输送单元所使用的轮内马达的简要结构的示意图。
图7是表示在本发明的一个实施方式所涉及的插入部输送单元所使用的轮内马达中使用的超声波振子的简要结构的示意图。
图8是表示本发明的一个实施方式所涉及的超声波振子的一振动模式的示意图。
图9是表示本发明的一个实施方式所涉及的超声波振子的其他的振动模式的示意图。
图10的(a)、(b)均为表示本发明的一个实施方式所涉及的超声波振子的转子输送原理的示意图。
图11是表示将本发明的一个实施方式所涉及的超声波振子按压于转子的预压保持机构的概要的示意图，(a)是表示紧固调节用螺杆前的状态的图，(b)是表示紧固调节用螺杆后的状态的图。
图12是表示本发明的第二实施方式所涉及的医疗装置所使用的插入部输送单元的简要结构的示意图。
图13是表示本发明的第二实施方式所涉及的医疗装置所使用的插入部输送单元的引导件上的输送辊的位置的图。
图14的(a)、(b)均为表示由输送辊产生摩擦力的合成矢量的图。
图15是表示本发明的第三实施方式所涉及的医疗装置所使用的插入部输送单元的简要结构的示意图。
图16的(a)、(b)均为表示输送辊如图5所示进行旋转的情况下摩擦力的合成矢量的图。
图17是表示本发明的第四实施方式所涉及的医疗装置所使用的插入部输送单元的简要结构的示意图。
图18是表示本发明的第五实施方式所涉及的医疗装置所使用的插入部输送单元的简要结构的示意图。
具体实施方式
〔实施方式1〕
以下，基于图1～图11对本发明的实施方式详细地进行说明。
(医疗装置1的概要)
图1是表示本发明的实施方式所涉及的医疗装置1的使用方式的一个例子的示意图。医疗装置1是对硬性内窥镜200的位置进行调节的装置。本实施方式作为本发明应用的一个例子，假定在躺在手术台400上的患者510的腹部511的体腔内插入有硬性内窥镜200的插入部(护套管)201，基于从位于插入部201的顶端的拍摄元件获得的图像，手术实施者500实施手术的状况。
图1中，医疗装置1具备：插入部输送单元100、可挠性臂(致动器固定部)101、台架(致动器固定部)102、手术用接口103、控制器单元(控制装置)130、以及硬性内窥镜200。此外，插入部输送单元100以及控制器单元130的详细情况将在下文中叙述。
可挠性臂101是在其一端支承和固定插入部输送单元100的部件，能够通过用手使其弯曲而成为所希望的形状。即，可挠性臂101将插入部输送单元100配置并固定在手术实施者500所希望的位置。
台架102通过固定可挠性臂101的另一端，从而使可挠性臂101固定在躺在手术台400上的患者510侧。台架102设置(固定)于手术台400。
手术用接口103是具有用于使医疗器械插入患者510的体腔内的贯穿口的医疗器械，且配置于患者510的腹部511表面。此外，手术用接口103的使用根据手术方式不同而不是必需的，并不是本实施方式的必需的构成要素。
在本实施方式中，作为医疗器械的一个例子，使用具有圆柱形(棒状)的插入部201的硬性内窥镜200，但并不限定于此。能够取代硬性内窥镜200，而使用具有用于在患者510的体内插入医疗器械的棒状(柱状)的插入部的医疗器械。例如，能够将在柱状的插入部的顶端设置有医用钳子等手术器械的器械、或者兼用作插入部的柱状的导管等作为医疗器械来使用。本发明中将这些通称的情况下，称为执行件。
(插入部输送单元100的结构)
图2是表示插入部输送单元100的简要结构的立体图。如图2所示，插入部输送单元100具备致动器保持部(致动器固定部)109以及差动驱动机构(致动器、摩擦驱动致动器)110。差动驱动机构110具备多个输送辊(前部输送辊1112、后部输送辊1113)，它们能够将棒状的插入部(执行件)201沿其长轴方向输送、以及能够使插入部201绕长轴旋转。
致动器保持部109是保持差动驱动机构110的中空的壳体，在其侧面固定有可挠性臂101(参照图1)的一端。致动器保持部109、可挠性臂101以及台架102构成用于将差动驱动机构110固定于手术部位的附近的致动器固定部。
图3是表示差动驱动机构110的简要结构的立体图。如图3所示，差动驱动机构110由上部壳体单元111、下部壳体单元112、连结部117以及预压用弹簧(恢复部)116构成。
上部壳体单元111具备前部臂1110以及后部臂1111。前部臂1110具备：前部输送辊1112、驱动该前部输送辊1112的前部轮内马达(超声波致动器、超声波马达)1114、以及橡胶辊1116。后部臂1111具备：后部输送辊1113、驱动该后部输送辊1113的后部轮内马达(超声波致动器、超声波马达)1115、以及橡胶辊1117。
橡胶辊1116、1117是配置于前部输送辊1112以及后部输送辊1113的表面的具有弹性的摩擦件。因此，插入部201与输送辊之间的摩擦力提高，从而能够防止输送辊空转。
另外，橡胶辊1116、1117以能够从前部输送辊1112以及后部输送辊1113取下的方式配置。因此，在橡胶辊1116、1117损伤或者弄脏的情况下能够容易地更换。
具体而言，橡胶辊1116、1117也可以具有与插入部201的长轴大致平行的切口。或者，也可以构成为：在将前部轮内马达1114以及后部轮内马达1115从前部输送辊1112以及后部输送辊1113取下的状态下，抽出橡胶辊1116、1117。
下部壳体单元112具备四个滚珠轴承(保持部、滑动体)115。滚珠轴承115将插入部201保持在前部输送辊1112以及后部输送辊1113之间。
连结部117是具有作为以能够开闭的方式将上部壳体单元111与下部壳体单元112连结的铰链的功能的部件。通过连结部117进行连结，上部壳体单元111与下部壳体单元112的距离根据插入部201的粗细而变化。即，连结部117根据插入部201的粗细而使前部输送辊1112以及后部输送辊1113、与滚珠轴承115之间的距离发生变化。
预压用弹簧116向使上部壳体单元111与下部壳体单元112相互闭合的方向给予恢复力。上部壳体单元111与下部壳体单元112在相互闭合时，构成环状的壳体。
在上部壳体单元111与下部壳体单元112相互闭合时，在预压用弹簧116的恢复力的作用下，将前部输送辊1112的橡胶辊1116、后部输送辊1113的橡胶辊1117、以及四个滚珠轴承115向插入部201的侧面按压。以下为了简化记述，只要没有特别记载，也包括橡胶辊部并称为输送辊。
上述输送辊经由未图示的轴承而以能够旋转的方式配置于各臂。上部壳体单元111与下部壳体单元112以能够开闭的方式结合。差动驱动机构110在通过致动器保持部109固定了与体腔内相对的手术部位的位置的状态下，将硬性内窥镜200的插入部201沿平移以及旋转方向进行输送。上述平移方向是与插入部201的长轴方向平行的方向，上述旋转方向是绕插入部201的长轴的旋转方向。此外，硬性内窥镜200由把手部和插入部201构成，插入部201是圆筒形。
在前部输送辊1112以及后部输送辊1113的表面分别设置有具有橡胶辊1116、1117的宽度以上的宽度的凹状的阶梯差。因此，通过与插入部201之间的摩擦能够防止橡胶辊1116、1117的位置大幅错位。
根据上述的结构，硬性内窥镜200的插入部201通过前部输送辊1112、后部输送辊1113以及两个滚珠轴承115，而使与插入部201的轴向垂直的方向受到约束(图2)。
另一方面，在上部壳体单元111与下部壳体单元112相互打开时，前部输送辊1112以及后部输送辊1113、与滚珠轴承115之间的距离远离，因此插入部201从差动驱动机构110被释放。这样，能够将硬性内窥镜200从插入部输送单元100取下，并以单体进行清洗等。
此处，滚珠轴承115分别与插入部201的侧面点接触。因此，除了前部输送辊1112以及后部输送辊1113之外，使用两个滚珠轴承115便足够，但此处考虑到插入部201的动作的位置调节，而使用四个滚珠轴承。或者，也可以使用更多的滚珠轴承。
(插入部201的驱动原理)
图4以及图5分别是表示插入部输送单元100的动作的一方式的图。本实施方式中，插入部201的平移以及旋转动作与专利文献1的发明相同，通过差动驱动来实现。即如图4所示那样，当双方的输送辊向相同方向旋转时，施加于插入部201的摩擦力的合力使插入部201沿着平移方向进行输送。另外，如图5所示那样，当双方的输送辊向相反方向旋转时，施加于插入部201的摩擦力的合力使插入部201沿着旋转方向进行输送。
此时，当将输送辊的直径设为
相同方向旋转时的进给速度
相反方向旋转的时的旋转速度
交叉角θ是指输送辊的旋转轴与插入部201的长轴的法线之间的角度。
此处上述的交叉角θ如图3所示那样由于前部臂1110以及后部臂1111可动所以能够改变，但不是必须改变。在本实施方式中，通过实施手术前的调节而固定为规定的角度。此外，该角度的值其本身是依赖于使用的输送对象的外径、质量、摩擦系数、以及手术实施者的喜好的输送速度等多种要素的设计事项，并不会左右是否应用本发明。
(轮内马达)
(整体结构)
图6是表示前部轮内马达1114的结构的图。此外，后部轮内马达1115的结构是与前部轮内马达1114相同的结构，因此不进行使用附图的说明。
如图6以及图3所示，前部轮内马达1114具备：超声波振子12、受电弓式预压机构150、151(pantographpreloadmechanisms)、壳体16、以及马达罩1118。后部轮内马达1115具备马达罩1119以取代马达罩1118。
前部轮内马达1114以及后部轮内马达1115构成为：顶端进行椭圆运动，由此具有输送壳体(转子)16的功能的超声波振子12被两组受电弓式预压机构150、151按压于壳体16。
两组受电弓式预压机构150、151使超声波振子12保持其振动的波节，并产生用于将超声波振子12按压于壳体16的压力。这些受电弓式预压机构150、151固定于马达罩1118(或马达罩1119)，马达罩1118(或马达罩1119)固定于前部臂1110(或后部臂1111)。
壳体16构成为：以相对于前部臂1110(或后部臂1111)能够旋转的方式被保持，因此通过超声波振子12带给壳体16的摩擦力，使壳体16相对于前部臂1110以及后部臂1111旋转。
(超声波振子12的主要的结构)
使用图7～图10对本实施方式所涉及的插入部输送单元100中使用的超声波振子12的代表性的结构和功能进行说明。图7是表示超声波振子12的简要结构的示意图。图8以及图9是表示超声波振子12的振动模式的示意图。图10是表示超声波振子12使壳体(兼转子)16旋转的原理的示意图。
如图7所示那样，超声波振子12具备：振动板1211、上部pzt(锆钛酸铅，leadzirconatetitanate)元件1212、下部pzt元件1213、上部电极1216、以及下部电极1217。
超声波振子12在成为近似矩形的振动板1211的两面配置矩形的上部pzt元件1212以及矩形的下部pzt元件1213而构成。上部pzt元件1212在与振动板1211相反一侧的面配置被分割为四份的上部电极1216，下部pzt元件1213在与振动板1211相反一侧的面同样配置被分割为四份的下部电极1217。上部pzt元件1212以及下部pzt元件1213分别被极化为与朝向振动板1211的方向平行，并相对于该方向的电场通过压电效应而产生变形。
在近似矩形的振动板1211所具有的短边中的一个短边设置有与壳体16接触的接触部(顶端部)1215。
另外，超声波振子12具有：形成于被超声波振子12激发的驻波振动的波节的突起即保持部1214。具体而言，保持部1214分别设置于振动板1211所具有的两个长边的中央。另外，在保持部1214设置有孔部1214a。
在本实施方式中，超声波振子12的振动板1211的矩形部的尺寸为长度9mm，宽度2mm，上下pzt元件的尺寸为长度8mm，宽度2mm。厚度均为0.2mm。振动板1211为不锈钢制，pzt元件通常为被称为硬型的锆钛酸铅(pb(ti、zr)o3)的材料。其中，它们的结构只是本发明者们用于实验的结构的例示，并不是缩小本发明的权利要求范围的结构。本发明可应用于所有通过预压获得摩擦力而进行旋转的超声波马达、致动器。
(驱动原理)
超声波振子12具有：纵向1次振动模式(以下，称为伸缩振动)、和挠曲(屈曲)3次振动模式(以下，称为屈曲振动)这两种振动模式。在本实施方式中伸缩振动以及屈曲振动的共振频率与240khz一致。当然应该注意以下这一点，即上述的数值是上述的形状的数值，根据设计事项而变化，但并不左右是否应用本发明。
上述的两种振动模式中被激发的振动是波节的位置未发生变化的驻波振动。如上述那样，保持部1214位与被超声波振子12激发的驻波振动的波节对应的位置。
在对上述的被分割为四份的电极全部施加相同的电压的情况下上述伸缩振动被激发，在对上述的被分割为四份的电极的对角线上的电极施加相同的电压、而对相邻的电极施加正负反转的电压的情况下上述屈曲振动被激发。
在本实施方式中，处于对角线上的电极相互短路，相邻的电极绝缘。以后，将施加于该绝缘的电极的电压记为
因此，当相对于伸缩振动而使屈曲振动错开±90°激发时，伸缩振动与屈曲振动相位错开±90°而合成的振动被激发。其结果，如图10的(a)、(b)所示，超声波振子的接触部1215进行椭圆运动。
此外，此处为了简化说明，记载了对具有被分割为四份的电极的矩形振子进行驱动的方法，但本发明的主题在于采用内接驱动的摩擦驱动马达这一点，因此驱动方法并不局限于此。例如，将
(马达罩)
马达罩1118、1119是支承受电弓式预压机构150、151的基座，并且具有保护超声波振子12免受血液等污染物质的损害的作用。
另外，在马达罩1118、1119设置有未图示的调节用孔，该调节用孔用于供用于对受电弓式预压机构150、151的伸缩进行调节的调节用螺杆1514插入。
(壳体16)
壳体16其本身为转子，并且具有保护超声波振子12免受血液等污染物质的损害的作用。
壳体16承受因超声波振子12而产生的摩擦力，因此优选为磨损较少的材质。在本发明者的研究中，例如采用进行了高频淬火的钢、碳纤维较是有效的。
另外，在壳体16设置有对超声波振子12的接触部1215所接触的位置进行限制的导槽1605(参照图11)。因此，超声波振子12能够使壳体16稳定地旋转。
(受电弓式预压机构150、151)
图11的(a)以及(b)是表示受电弓式预压机构150的概要的示意图。如这些图所示，受电弓式预压机构150具备：近似“へ”(日语平假名)字形的金属件1501、1502、调节用螺杆(调节部件)1514以及导辊(滑动接受部)1516。
金属件1501、1502分别具有臂1501a、1501b、以及臂1502a、1502b。臂1501a与臂1502a成对，臂1501b与臂1502b也成对。这样受电弓式预压机构150、151具备两对臂。成对的臂1501a以及臂1502a的一个端部相互形成角度并连接于超声波振子12，受电弓式预压机构150构成为：通过对臂1501a以及臂1502a在上述端部中所成的角度α进行调节，从而对将超声波振子12按压于壳体16的压力进行调节。
臂1501b以及臂1502b的端部通过导销1517(参照图6)而与导辊1516连接。
另外，受电弓式预压机构151的结构与受电弓式预压机构150相同。此外，受电弓式预压机构150、151也可以是具备一对臂的单臂型的受电弓。
在本实施方式中，采用如下机构，即通过利用调节用螺杆1514将面对面的金属件1501、1502紧固从而使受电弓式预压机构150、151的受电弓伸缩的机构。如图11所示，调节用螺杆1514插入形成于马达罩1118、1119的调节用孔，并且调节用螺杆1514的头部(调节用螺杆1514的一部分)在马达罩1118、1119的外侧表面露出。
另外，受电弓式预压机构150、151与形成于超声波振子12的振动的波节的保持部1214连接。
具体而言，在保持部1214设置有孔部1214a(参照图7)。该孔部1214a与设置于受电弓式预压机构150、151的一端的孔(未图示)通过导销1518(参照图6)而连接。导销1518是用于将超声波振子12与保持部1214连接的销。
另外，如上述那样，保持部1214分别设置于振动板1211所具有的两个长边的中央。即，保持部1214将超声波振子12的长轴作为对象而形成于左右对称的位置，受电弓式预压机构150、151分别与一对保持部1214连接。
根据上述的结构，受电弓式预压机构150、151能够稳定地保持超声波振子12。
受电弓式预压机构150的一端如上述那样，通过导销1518，与超声波振子12的保持部1214的孔部连接。另外，在受电弓式预压机构150的另一端设置有与壳体16的内表面接触的导辊1516，从而顺畅地保持壳体16。
这样受电弓式预压机构150、151在各自的一端压住超声波振子12的保持部1214，在另一端通过导辊而压住壳体16。通过该导辊两个位置以及超声波振子12的接触部1215合计3个点，从内侧保持壳体16并使其旋转。
此时，如上述那样，保持部1214位于与被超声波振子12激发的驻波振动的波节对应的位置。因此，受电弓式预压机构150、151能够不阻碍超声波振子12的振动地进行保持。
另外，金属件1501通过粘合剂或者未图示的螺钉以及螺孔等与马达罩1118接合。另外，在马达罩1118以及金属件1501设置有贯穿孔，在金属件1502设置有螺孔，调节用螺杆1514的形成有螺纹的部位仅在金属件1502中啮合并被半固定。
如图11的(a)～(b)的变化所示那样，通过紧固调节用螺杆1514，从而受电弓式预压机构150以向左右扩张的方式变形。即，受电弓式预压机构150以使超声波振子12与导辊1516分离的方式变形。实际上，该距离几乎被固定，因此当紧固调节用螺杆1514时，通过金属件1501、1502的弹性变形而将超声波振子12的接触部1215按压于壳体16。
具体而言，受电弓式预压机构150、151对通过产生使超声波振子12的振动的波节(保持部1214)与导辊1516之间的距离扩张的方向的力从而将超声波振子12按压于壳体16的压力进行调节。
另外，通过利用受电弓式预压机构150和受电弓式预压机构151使超声波振子12的振动的波节与导辊1516之间的距离不同，从而也能够对将接触部1215按压于壳体16的接触角进行调节。
受电弓式预压机构150、151的形状只要不脱离预压调节这样的目的，就不限定，但优选考虑制造、调节的简便性。
(控制器单元130的结构)
如图1所示，控制器单元130具备：指示输入部131、驱动信号生成部(电压供给部、动作指示部)132、以及对它们供给电力的电池133。控制器单元130通过经由台架102以及可挠性臂101的电缆而以能够拆装的方式与插入部输送单元100连接。
指示输入部131是用于输入操作者(用户)的指示的输入装置，为例如操纵杆等输入装置。例如，操作者通过手动使操纵杆向前后左右倾斜，从而输入输送(平移或者旋转)硬性内窥镜200的插入部201的指示。指示输入部131将输入的操作者的指示输出至驱动信号生成部132。输入的操作者的指示例如指定插入部201的移动方向以及移动速度。
驱动信号生成部132基于输入的操作者的指示，生成用于使上部pzt元件1212以及下部pzt元件1213激发所希望的振动的驱动信号，并将其施加于该压电元件。驱动信号为交流电压。驱动信号生成部132根据移动方向来决定两个驱动信号的相位差。驱动信号生成部132根据移动速度来决定驱动信号的电压的振幅或者驱动信号的占空比。
如上述那样，通过对被分割为四份的电极全部施加相同的电压从而产生伸缩振动，在对被分割为四份的电极的对角线上的电极施加相同的电压而对相邻的电极施加正负反转的电压的情况下产生屈曲振动。根据输入的操作者的指示，使通过伸缩振动和屈曲振动的组合而产生的接触部1215的椭圆运动的方向发生变化，从而前部轮内马达1114以及后部轮内马达1115的旋转方向发生变化。
驱动信号生成部132通过基于操作者的指示使供给于各轮内马达所具有的被分割为四份的电极的驱动信号发生变化，从而使各轮内马达的旋转方向发生变化，进而实现与操作者的指示对应的插入部201的平移以及旋转。
(插入部输送单元100的效果)
根据上述的结构，在本实施方式所涉及的轮内马达中，受电弓式预压机构150、151能够容易地调节将超声波振子12按压于壳体16的压力。
因此，能够实现可进行对超声波振子的振动特性的影响较小的调节的内接型的轮内马达。
在本实施方式的医疗装置1中，通过使用利用了这样的轮内马达的差动驱动机构110a，从而不需要齿轮等，而成为小型并具有静音且可靠性较高的插入部输送单元。
〔实施方式2〕
基于图12～图14对本发明的其他的实施方式进行说明，如以下那样。此外，为了方便说明，对具有与上述实施方式中说明的部件相同的功能的部件标注相同的符号，并省略其说明。
本实施方式所涉及的差动驱动机构110a除了上述的差动驱动机构110的结构之外，还具备对前部输送辊1112以及后部输送辊1113相对于插入部201的交叉角进行变更的角度变更机构。根据该结构，能够对插入部201、与前部输送辊1112以及后部输送辊1113的交叉角θ(参照图5)进行调节。
(整体结构)
图12是表示本实施方式所涉及的差动驱动机构110a的概要的图。
如图12所示那样，差动驱动机构110a具备：上部壳体单元111、下部壳体单元112、连结部117以及预压用弹簧(恢复部)116。
上部壳体单元111具备前部臂1110、后部臂1111以及弹簧111a。本实施方式中的前部臂1110以及后部臂1111构成为：能够以向下部壳体单元112连接的连接部1110a、1111a为轴进行旋转。弹簧111a是两端分别与前部臂1110以及后部臂1111连接的弹簧，且构成为使前部臂1110与后部臂1111相互远离。
下部壳体单元112具备四个滚珠轴承115、以及引导件1130、1131。
引导件1130、1131是在上部壳体单元111与下部壳体单元112闭合的过程中，对前部轮内马达1114以及后部轮内马达1115进行引导的一对部件。这些引导件1130、1131配置于在上部壳体单元111与下部壳体单元112闭合的状态下前部轮内马达1114以及后部轮内马达1115所抵接的下部壳体单元112的端面112a。
引导件1130、1131具有：在上部壳体单元111与下部壳体单元112闭合的过程中与前部轮内马达1114以及后部轮内马达1115接触的倾斜面1130a、1131a。倾斜面1130a、1131a配置于相互对置的位置，倾斜面1130a与倾斜面1131a之间的距离越靠近端面112a越小。因此，随着上部壳体单元111与下部壳体单元112的距离接近，前部轮内马达1114以及后部轮内马达1115被倾斜面1130a、1131a引导，从而前部轮内马达1114与后部轮内马达1115之间的距离缩短，其结果，前部输送辊1112与后部输送辊1113所成的角度变小。
如此本实施方式所涉及的差动驱动机构110a的角度变更机构具备：弹簧111a，其相对于前部输送辊1112以及后部输送辊1113施力，使得前部输送辊1112以及后部输送辊1113的一侧的顶端部之间的距离变大；以及引导件1130、1131，它们根据前部输送辊1112以及后部输送辊1113、与滚珠轴承115之间的距离来限制上述顶端部之间的距离。角度变更机构同通过连结部117而变化的前部输送辊1112以及后部输送辊1113、与滚珠轴承115之间的距离连动地使交叉角θ变更。另外，角度变更机构变更该交叉角，以使基于前部输送辊1112的交叉角θ与基于后部输送辊1113的交叉角θ相互相同。
(角度变更机构的作用)
图13是表示前部输送辊1112以及后部输送辊1113的引导件1130、1131上的位置的图。在插入部201的外径较大的情况下，上部壳体单元111与下部壳体单元112分离。因此，前部轮内马达1114以及后部轮内马达1115从端面112a远离，从而给予用于供两者相互远离的空间。此时，在弹簧111a的作用下，对前部轮内马达1114与后部轮内马达1115向相互远离的方向被施力，前部输送辊1112与后部输送辊1113所成的角度变大。其结果，插入部201的长轴的法线与前部输送辊1112以及后部输送辊1113的交叉角θ(参照图5)变大。
另一方面，在插入部201的外径较小的情况下，上部壳体单元111与下部壳体单元112接近。因此，前部输送辊1112以及后部输送辊1113分别被引导件1130、1131引导，从而前部臂1110与后部臂1111相互接近。此时，交叉角θ变小。
图14的(a)、(b)是表示通过前部输送辊1112以及后部输送辊1113的旋转而产生的摩擦力的朝向使插入部201旋转的方向的合成矢量的图。
在交叉角θ较大的情况下，如图14的(a)所示那样，由于前部输送辊1112以及后部输送辊1113的旋转而产生的摩擦力的朝向使插入部201旋转的方向的合成矢量变大。因此，在使前部输送辊1112以及后部输送辊1113以规定的速度旋转的情况下，插入部201的旋转速度变快。
在差动驱动机构110a中，在插入部201的外径较大的情况下，交叉角θ自动地被设定为较大。因此，在插入部201的外径较大的情况下，插入部201的旋转速度变快。
另一方面，在交叉角θ较小的情况下，如图14的(b)所示那样，上述摩擦力的朝向使插入部201旋转的方向的合成矢量变小，因此在使前部输送辊1112以及后部输送辊1113以规定的速度旋转的情况下，插入部201的旋转速度变慢。
在差动驱动机构110a中，在插入部201的外径较小的情况下，交叉角θ自动地被设定为较小。因此，在插入部201的外径较小的情况下，插入部201的旋转速度变慢。
插入部201的外径与交叉角θ的关系能够根据引导件1130、1131的形状、特别是倾斜面相对于端面112a的倾斜角度来适当地设定。
根据本实施方式所涉及的差动驱动机构110a，通过设定适当的引导件1130、1131的形状，可自动地设定与插入部201的外径对应的适当的交叉角。由此，可自动地设定与插入部201的外径对应的适当的旋转速度。
另外，根据本实施方式所涉及的差动驱动机构110a，基于前部输送辊1112的交叉角、与基于后部输送辊1113的交叉角相等，因此能够择一地执行插入部201的平移运动或者旋转运动中的任意一个所希望的运动。
另外，根据本实施方式所涉及的差动驱动机构110a，能够与平移以及旋转的任意一个的驱动方向均无关地实现马达的旋转速度与扭矩的适当的组合的驱动。通常马达的旋转速度与扭矩具有负相关的关系，特别是对于这种关系是线性的dc马达或者步进马达而言，优选以输出最大功率或者电力效率最优的旋转速度与扭矩的组合进行驱动。在差动驱动机构110a中，通过调节引导件1130、1131间的距离或者倾斜面1130a、1131a的角度能够调节交叉角θ，从而能够实现这样的优选的组合的驱动。
此外，在由弹簧111a产生的力大于由预压用弹簧116产生的力的情况下，可能导致前部臂1110以及后部臂1111被引导件1130、1131引导而从插入部201浮起。因此，优选由弹簧111a产生的力小于由预压用弹簧116产生的力。
〔实施方式3〕
基于图15以及图16对本发明的其他的实施方式进行说明，如以下那样。此外，为了方便说明，对具有与上述实施方式中说明的部件相同的功能的部件标注相同的符号，并省略其说明。
本实施方式所涉及的差动驱动机构110b除了上述的差动驱动机构110a的结构之外，还具备通道(lane)1132。引导件1130、1131构成为：能够在通道1132上移动。根据该结构，能够通过前部输送辊1112与后部输送辊1113使交叉角θ不同。
(整体结构)
图15是表示本实施方式所涉及的差动驱动机构110b的概要的图。
如图15所示那样，差动驱动机构110b具备：上部壳体单元111、下部壳体单元112、连结部117以及预压用弹簧(恢复部)116。
下部壳体单元112具备：四个滚珠轴承(滑动体)115、引导件1130、1131、以及通道1132。通道1132是用于变更引导件1130、1131间的距离的槽。通道1132形成于端面112a，且形成为：在插入部201安装于差动驱动机构110b的情况下与插入部201的长轴平行。
通过引导件1130、1131以及通道1132而构成变更上述交叉角的角度变更机构的主要部分。通过使引导件1130、1131沿着通道1132移动，从而能够变更该交叉角，以使前部输送辊1112的交叉角与后部输送辊1113的交叉角相互不同。
(角度变更机构的作用)
图16的(a)、(b)是表示前部输送辊1112以及后部输送辊1113如图5所示进行旋转的情况下的摩擦力的合成矢量的图。此处，图16的(a)是前部输送辊1112的交叉角θ1与后部输送辊1113的交叉角θ2相同的情况下的图，图16的(b)是交叉角θ1与交叉角θ2相互不同的情况下的图。
以下，将交叉角θ1与交叉角θ2相同的情况称为交叉角对称，将交叉角θ1与交叉角θ2相互不同的情况称为交叉角非对称。
在交叉角对称的情况下，在前部输送辊1112以及后部输送辊1113如图5所示在相互向不同方向上进行旋转的情况下，如图16(a)所示，插入部201与前部输送辊1112以及后部输送辊1113之间产生的摩擦力的合成矢量成为与插入部201的长轴垂直的方向即令插入部201旋转的方向，从而插入部201绕长轴旋转。
另一方面，在前部输送辊1112以及后部输送辊1113如图4所示在相互向相同的方向上进行旋转的情况下，上述合成矢量成为与插入部201的长轴平行的方向即使插入部201平移的方向，插入部201沿与长轴平行的方向平移。
即，在交叉角对称的情况下，插入部201根据前部输送辊1112以及后部输送辊1113的旋转方向而仅进行旋转或者平移中的任意一方的运动。
与此相对，在本实施方式所涉及的差动驱动机构110b中，如上述那样，通过使引导件1130、1131沿着通道1132分别独立地移动，从而能够使交叉角成为非对称。
在交叉角为非对称的状态下，在前部输送辊1112以及后部输送辊1113如图5所示在相互向不同的方向上进行旋转的情况下，如图16的(b)所示，插入部201与前部输送辊1112以及后部输送辊1113之间所产生的摩擦力的合成矢量是相对于插入部201的长轴以及其法线这双方倾斜的方向。即，上述合成矢量具有：相对于上述长轴垂直的成分和水平的成分这双方。该情况下，插入部201同时进行旋转以及平移双方的运动。
因此，在使插入部201进行以恒定速度的旋转并且插入那样的情况下，为了得到所希望的旋转速度与平移速度的比率，预先决定引导件1130、1131的位置即可。若这样，则手术实施者在插入部201的插入时，能够不用对旋转以及平移这双方的运动进行指示调节而简便地进行插入部201的插入动作。作为那样的插入部201的一个例子，可举出血栓除去用导管。
〔实施方式4〕
基于图17对本发明的其他的实施方式进行说明，如以下那样。此外，为了方便说明，对具有与上述实施方式中说明的部件相同的功能的部件标注相同的符号，省略其说明。
图17是表示本实施方式所涉及的差动驱动机构110c的图。如图17所示，本实施方式所涉及的差动驱动机构110c除了差动驱动机构110的结构之外，还具备对插入部201平移以及旋转的速度进行检测的插入部运动检测传感器3001。根据该结构，在各个输送辊与插入部201之间的摩擦系数产生差异，与假定插入部201的平移速度以及旋转速度的速度不同的情况下，能够修正输送辊的旋转速度，从而能够减少插入部201的意图之外的运动。
具体而言，插入部运动检测传感器3001使用通过计算机控制用的光学鼠标等而技术已经确立的光学的移动检测单元、或者磁检测方法等非接触的测量方法。
在使用光学的移动检测单元的情况下，例如，插入部运动检测传感器3001具备拍摄元件，并以足够短的规定的周期获取插入部201的表面的图像。插入部运动检测传感器3001从连续的图像内的一致的区域，读取该图像间的插入部201的移动量，并根据该移动量和上述周期，计算插入部201的移动速度。
通常，对于差动驱动机构而言，以两个输送辊的摩擦系数相同作为前提，设定上述的旋转速度。但是，考虑到了由于血液等污渍附着于插入部，从而两个输送辊的摩擦系数产生差异的情况。
因此，本实施方式所涉及的差动驱动机构110c的控制器单元104通过插入部运动检测传感器3001来监视插入部201的平移速度以及旋转速度，在预定的运动与插入部201的实际的运动不同的情况下，进行辊旋转速度的修正。因此，能够实施更安全的手术。
例如在通过图5的配置，进行使插入部201向箭头的方向旋转的运动时，在检测出插入部201朝向图5的上方的意图之外的平移运动的情况下，考虑到了后部输送辊1113输送插入部201的速度大于前部输送辊1112输送插入部201的速度的情况。因此，通过降低后部输送辊1113的旋转速度或者提高前部输送辊1112的旋转速度，从而能够减少上述的意图之外的平移运动。
〔实施方式5〕
基于图18对本发明的其他的实施方式进行说明，如以下那样。此外，为了方便说明，对具有与上述实施方式中说明的部件相同的功能的部件标注相同的符号，并省略其说明。
图18是表示本实施方式所涉及的差动驱动机构110d的图。如图18所示，本实施方式所涉及的差动驱动机构110d除了差动驱动机构110c的结构，还具备对将前部臂1110以及后部臂1111按压于插入部201的力进行调节的按压力调节机构3002、3003。根据该结构，在各个输送辊与插入部201之间的摩擦系数产生差异，与假定插入部201的平移速度以及旋转速度的速度不同的情况下，能够修正各个输送辊朝向插入部201的按压力，从而能够减少插入部201的意图之外的运动。
通常，对于差动驱动机构而言，以两个输送辊的摩擦系数相同为前提，设定上述的旋转速度。但是，考虑到了由于血液等污渍附着于插入部，从而两个输送辊的摩擦系数产生差异的情况。
因此，本实施方式所涉及的差动驱动机构110d的控制器单元104通过插入部运动检测传感器3001来监视插入部201的平移速度以及旋转速度，在预定的运动与插入部201的实际的运动不同时，通过利用按压力调节机构3002、3003进行前部臂1110以及后部臂1111的按压力的修正，从而能够实施更安全的手术。
按压力调节机构3002、3003是对前部输送辊1112以及后部输送辊1113的朝向插入部201的按压力进行控制的控制机构。具体而言，按压力调节机构3002、3003包括发条和马达。在发条的中央的端部连接有马达，在外周的端部连接有前部臂1110或者后部臂1111。
当使马达旋转时，根据旋转方向而产生欲使前部臂1110或者后部臂1111与下部壳体单元112闭合的力、或者打开的力，因此将前部输送辊1112或者后部输送辊1113按压于插入部201的力发生变化。
因此，通过使按压力调节机构3002、3003所具备的马达旋转，从而能够调节将前部输送辊1112或者后部输送辊1113按压于插入部201的力。
从插入部运动检测传感器3001输出的、与插入部201的平移速度以及旋转速度相关的信号反馈至控制器单元104，通过设置于前部臂1110以及后部臂1111的按压力调节机构3002、3003，修正按压力。
例如在通过图5的配置，进行使插入部201向箭头的方向旋转的运动时，在检测出插入部201朝向图5的上方的意图之外的平移运动的情况下，考虑到了后部输送辊1113输送插入部201的速度大于前部输送辊1112输送插入部201的速度的情况。因此，通过降低后部输送辊1113的按压力或提高前部输送辊1112的按压力，从而能够减少上述的意图之外的平移运动。
〔总结〕
本发明的方式1所涉及的超声波致动器具备：超声波振子(12)；转子(壳体16)，其通过上述超声波振子的振动而旋转；以及预压机构(受电弓式预压机构150、151)，其将上述超声波振子以其振动的波节来保持，并产生用于将该超声波振子按压于上述转子的压力。
根据上述的结构，超声波致动器具备：超声波振子、转子以及预压机构。转子通过超声波振子的振动而旋转。预压机构将超声波振子以其振动的波节来保持，并产生用于将超声波振子按压于转子的压力。
预压机构将超声波振子以其振动的波节来保持，因此即使用于将超声波振子按压于转子的压力变化，对超声波振子的振动特性的影响也较小。
因此，能够提供可进行对超声波振子的振动特性影响较小的调节的超声波致动器。
在上述方式1的基础上，本发明的方式2所涉及的超声波致动器也可以：上述预压机构具有：与上述转子的内表面接触的滑动接受部(导辊1516)，上述转子通过上述超声波振子的顶端部(接触部1215)以及上述滑动接受部而从该转子的内侧被保持，上述预压机构产生使上述振动的波节与上述滑动接受部之间的距离扩张的方向的力。
根据上述的结构，预压机构具有与转子的内表面接触的滑动接受部。转子通过超声波振子的顶端部以及滑动接受部而从该转子的内侧被保持。预压机构通过产生使超声波振子的振动的波节与上述滑动接受部之间的距离扩张的方向的力，从而对用于将超声波振子按压于转子的压力进行调节。
因此，通过超声波振子的顶端部和滑动接受部，可良好地进行转子的保持、和用于将超声波振子按压于转子的压力的调节。
在上述方式1或者2的基础上，本发明的方式3所涉及的超声波致动器也可以：上述超声波振子具有：形成于上述振动的波节的突起即保持部(1214)，上述预压机构与上述保持部连接。
根据上述的结构，预压机构与形成于超声波振子的振动的波节的突起即保持部连接。
因此，能够进一步减少通过预压机构保持超声波振子所产生的对超声波振子的振动的影响。
在上述方式3的基础上，本发明的方式4所涉及的超声波致动器也可以：上述保持部以上述超声波振子的长轴作为对称的轴而形成于左右对称的位置，上述预压机构分别与一对上述保持部连接。
根据上述的结构，预压机构分别与以超声波振子的长轴作为对称的轴而形成于左右对称的位置的一对保持部连接。
因此，能够稳定地保持超声波振子，并且通过使由各自的预压机构而产生的压力不同，从而也能够调节超声波振子与转子接触的接触角。
上述方式1～4中任一个的基础上，本发明的方式5所涉及的超声波致动器也可以：上述预压机构具备一对臂，上述一对臂的一侧的端部相互构成角度并连接于上述超声波振子，上述预压机构通过调节上述一侧的端部所成的角度来调节上述压力。
根据上述的结构，预压机构所具备的一对臂的一侧的端部相互构成角度并连接于超声波振子。预压机构通过调节上述角度来调节用于将超声波振子按压于转子的压力。
因此，能够实现简单的构造的预压机构。
在上述方式5的基础上，本发明的方式6所涉及的超声波致动器也可以：还具备调节上述角度的调节部件(调节用螺杆1514)，该调节部件的一部分在上述超声波致动器的壳体的外侧表面露出。
根据上述的结构，超声波致动器具备：调节一对臂的端部所成的角度的调节部件。调节部件的一部分在超声波致动器的壳体的外侧表面露出。
因此，能够不打开超声波致动器的壳体而调节上述角度，因此能够在超声波致动器的制造后容易地调节用于将超声波振子按压于转子的压力。
在上述方式1～6中任一个的基础上，本发明的方式7所涉及的超声波致动器也可以：在上述转子设置有对上述超声波振子所接触的位置进行限制的导槽。
根据上述的结构，在转子设置有对超声波振子所接触的位置进行限制的导槽。
因此，超声波振子能够稳定地使转子旋转。
本发明不限定于上述的各实施方式，在权利要求所示的范围内能够进行各种变更，将不同实施方式分别所公开的技术的手段适当地组合而得到的实施方式也包括于本发明的技术的范围。并且，通过将各实施方式分别公开的技术的手段组合，能够形成新的技术特征。
工业上的利用可能性
本发明能够用作小型马达，特别是，能够在医疗装置、小型机器人中适当地利用。
符号说明
100...插入部输送单元；130...控制器单元；111...上部壳体单元；112...下部壳体单元；1114...前部轮内马达(超声波致动器)；1115...后部轮内马达(超声波致动器)；12...超声波振子；1214...保持部；150、151...受电弓式预压机构；1501a、1501b、1502a、1502b...臂；1514...调节用螺杆(调节部件)；1516...导辊(滑动接受部)；16...壳体(转子)；1605...导槽；201...插入部。
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