JP2021004609A - 軸受および医療デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】内輪と外輪の間に隙間を確保し、この隙間を流体や物体等の流路として利用できる軸受および医療デバイスを提供する。【解決手段】内輪20および外輪30の間に複数の転動体40を有する軸受10であって、外輪30に転動体40が転がる軌道面31が設けられ、内輪20の軌道面31と対向する位置に転動体40を回転可能に収容する受け部23が設けられている。【選択図】図1
Description
本発明は、軸受および医療デバイスに関する。
従来、転がり軸受は、内輪と外輪の間に、内輪および外輪に対して転がる転動体を備えている(例えば、特許文献1を参照)。転がり軸受は、転動体の円滑な回転を実現するために、リテーナーによって各転動体間の距離が維持されている。
リテーナーは、転動体と転動体の間の隙間を埋めてしまう。このため、転がり軸受の内輪と外輪の隙間を液体や気体等の流体や、物体等の流路として積極的に利用することは困難である。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、内輪と外輪の間に隙間を確保し、この隙間を流体や物体等の流路として利用できる軸受および医療デバイスを提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明に係る軸受は、内輪および外輪の間に複数の転動体を有する軸受であって、前記内輪または外輪に前記転動体が転がる軌道面が設けられ、前記内輪または外輪の前記軌道面と対向する側に前記転動体を回転可能に収容する受け部が設けられている。
上記目的を達成する本発明に係る医療デバイスは、生体管腔内の物体を切削するための医療デバイスであって、回転可能な駆動シャフトと、前記駆動シャフトの遠位側に設けられて前記物体を切削するための切削部と、前記駆動シャフトを回転可能に収容する外管と、前記切削部側に固定された内輪と、前記外管側に固定された外輪と、を有し、前記内輪または外輪に前記転動体が転がる軌道面が設けられ、前記内輪または外輪の前記軌道面と対向する側に前記転動体を回転可能に収容する受け部が設けられている。
上記のように構成した軸受は、内輪または外輪に、転動体を回転可能に収容する受け部が設けられるため、転動体を保持するためのリテーナーが不要である。このため、内輪と外輪の間に、軸受の軸心方向へ貫通する隙間を広く確保でき、この隙間を流体や物体等の流路として利用できる。
上記のように構成した医療デバイスは、内輪に、転動体を回転可能に収容する受け部が設けられるため、転動体を保持するためのリテーナーが不要である。このため、内輪と外輪の間に、軸心方向へ貫通する隙間を広く確保でき、この隙間を流路として利用して、切削した物体を排出できる。このため、医療デバイスは、小径化と、物体を流通させる機能を同時に実現できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。
<第1実施形態>
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係る軸受10は、図1、2(A)、3に示すように、内輪20と外輪30の間に、液体や気体などの流体や、物体等を流通させるための隙間を確保できるものである。軸受10は、筒状の内輪20と、内輪20を囲むように配置される筒状の外輪30と、内輪20と外輪30の間に配置される複数の転動体40とを備えている。内輪20と外輪30は、軸受10の軸心Xを中心として相対的に回転可能である。軸心Xは、内輪20および外輪30の軸心でもある。
転動体40は、内輪20と外輪30の間で回転可能な球体である。なお、転動体40は、回転可能であれば球体でなくてもよく、例えば、円柱状の部材であってもよい。転動体40の数は、本実施形態では3つであるが、2つ以上であれば特に限定されない。転動体40の数が3つ以上であれば、相対的に回転する内輪20と外輪30の位置を良好に維持できる。転動体40の数は、内輪20と外輪30の間に隙間を確保できるように、多すぎないことが好ましく、例えば6個以下である。
外輪30の内周面は、転動体40が接触して転がる軌道面31を備えている。軌道面31は、周方向に延びる溝部32を備えている。溝部32は、軸心方向の両側に、2つの外輪壁部37(第2の壁部)を備えている。外輪30の軸心Xが位置する断面における溝部32の曲率半径r1は、転動体40の半径Rよりも多少大きく、例えば2〜30%程度大きい。このため、転動体40は、溝部32を円滑に転がることができる。溝部32が形成されることで、転動体40が軌道面31から脱落することを抑制でき、転動体40の回転が安定する。転動体40は、軌道面31を転がることで、外輪30に対して相対的に周方向へ移動する。なお、転動体40は、軌道面31を転がるのではなく、摺動することもできる。すなわち、転動体40は、軌道面31を摺動することで、外輪30に対して周方向へ移動することもできる。このため、転がることが可能である場合、条件に応じて摺動することが可能である。したがって、軌道面31に対する転動体40の回転が止まっても、転動体40は、軌道面31を転がらずに摺動して、外輪30に対して移動することができる。外輪30は、溝部32において、軸心方向(軸心Xに沿う方向)へ2つの外輪構成部材34に分割されている。2つの外輪構成部材34は、分割面36で当接する。これにより、内輪20に配置された転動体40を挟むように2つの外輪構成部材34が配置されることで、外輪30の溝部32の内部に、転動体40が配置される。なお、外輪30が2つの外輪構成部材34に分割される位置は、外輪30の溝部32に転動体40を配置できるのであれば、特に限定されない。
内輪20は、一定の外径を有する筒状の内輪本体21と、内輪本体21の外周面に設けられて径方向外側へ突出する3つの凸部22を備えている。なお、内輪20は、筒状ではなく、中実の部材であってもよい。各々の凸部22は、転動体40を回転可能に収容する凸状の受け部23が形成されている。3つの凸部22は、内輪本体21の周方向に均等に配置されている。受け部23は、転動体40の外周面が回転可能に摺動する凹状の摺動面24を備えている。凸部22は、2つの摺動面24を挟んで軸心方向の両側に、2つの内輪壁部29(第1の壁部)を備えている。転動体40が内輪20を転がるためには、転動体40が、軸心Xを中心とする内輪20の周方向へ内輪20に対して移動できる必要がある。これに対し、本実施形態では、転動体40は、受け部23に収容されるため、軸心Xを中心とする内輪20の周方向へ、内輪20に対して移動できない。このため、転動体40は、内輪20に対して転がらず、受け部23の内部で摺動する。したがって、内輪20に対する転動体40の回転が止まると、転動体40は内輪20に対して摺動も転がることもできず、内輪20と共に移動することになる。このとき、転動体40は、外輪30の軌道面31を転がらずに摺動する。
摺動面24は、転動体40の外周面に対応した曲面形状を有している。摺動面24の曲率半径r2は、転動体40の半径Rよりも多少大きく、例えば2〜30%程度大きい。このため、転動体40は、摺動面24を円滑に滑ることができる。摺動面24は、摩擦抵抗が低下するように、低摩擦材料がコーティングされてもよい。低摩擦材料は、例えば、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)等のフッ素系樹脂材料が挙げられる。摺動面24は、転動体40の外周面の面積の約半分程度を囲んでいる。また、摺動面24は、微細な凹凸加工を施すなどの表面加工によって低摩擦化を実現してもよい。なお、摺動面24が転動体40を覆う面積は、転動体40が摺動面24に収容可能かつ回転可能であれば、特に限定されない。
摺動面24の摩擦係数は、軌道面31の摩擦係数よりも小さいことが好ましい。これにより、摺動面24が形成される受け部23の内部で、転動体40が円滑に摺動して回転する。そして、軌道面31の摩擦係数が摺動面24の摩擦係数よりも大きいため、転動体40が軌道面31を滑らすに転がることが可能となる。
転動体40の中心を通り、かつ内輪20の軸心Xと直交する断面において、図3に示すように、内輪本体21の外周面の半径R1と外輪30の内周面の半径R2の間の環状の範囲(面積=π(R2 2−R1 2))において、凸部22および転動体40が占める割合は、75%以下であり、より好ましくは50%以下、さらに好ましくは35%以下である。凸部22と転動体40が占める割合が、内輪本体21と外輪30の間の面積(π(R2 2−R1 2))に対して少なくなることで、内輪20と外輪30の間で軸心方向へ貫通する隙間が、広く確保される。これにより、内輪20と外輪30の隙間を、流体や物体が良好に流通可能となる。
外輪壁部37は、溝部32の底(径方向の最も外側の位置)から高さH2を有している。内輪壁部29は、摺動面24の底(径方向の最も内側の位置)から高さH1を有している。外輪壁部37は、内輪壁部29の径方向外側に、所定の間隔を空けて位置している。外輪壁部37の高さH2は、内輪壁部29の高さH1よりも小さい。このため、外輪30と内輪40の間で軸心方向へ貫通する隙間が、軸心Xから離れた位置に設けられる。隙間の広さは、軸心Xを中心とする周長に依存するため、軸心Xからの距離が遠いほど広くなる。このため、外輪壁部37の高さH2が、内輪壁部29の高さH1よりも小さいことで、外輪30と内輪40の間で軸心方向へ貫通する隙間を広く確保しやすい。これにより、外輪30と内輪40の隙間を、流体や物体が良好に流通できる。
なお、図2(B)に示す第1の変形例のように、内輪20が、軸方向へ2つの内輪構成部材26に分割されてもよい。2つの内輪構成部材26は、受け部23を通る分割面28で当接する。これにより、転動体40を挟むように2つの内輪構成部材26を重ねることで、内輪20の受け部23に、転動体40を配置することができる。この場合、受け部23が転動体40を囲む面積は、内輪20が分割されない場合よりも大きくすることができる。例えば、内輪20が分割されていない場合、内輪20の受け部23の開口部は、転動体40を挿入可能な大きさである必要がある。これに対し、内輪20が分割されることで、内輪20の受け部23の開口部は、転動体40を挿入不能な大きさであってもよい。この場合、2つの内輪構成部材26が、転動体40を挟むことで、受け部23に転動体40を収容できる。したがって、内輪20は、転動体40の外表面の半分を超える範囲を覆うこともできる。内輪20が、転動体40の外表面の広い範囲を覆うことで、受け部23と転動体40の間の隙間に、夾雑物(異物)が入り込むことを抑制できる。
外輪30、内輪20および転動体40の材料は、例えば、ステンレス、セラミックス、樹脂等、一般的なベアリングに使用される材料を用いることができる。外輪30、内輪20および転動体40は、構成材料が異なってもよい。
次に、第1実施形態に係る軸受10の作用を説明する。
図1〜3に示す軸受10の内輪20と外輪30が相対的に回転すると、転動体40が、外輪30の軌道面31を転がる。なお、転動体40が、外輪30の軌道面31を滑ることもあり得る。さらに、転動体40は、内輪20の受け部23に収容された状態で、摺動面24を滑って回転する。このとき、内輪20と外輪30の間には、リテーナーがないため、軸受10の軸心方向へ貫通する大きな隙間が確保されている。このため、内輪20と外輪30の間の隙間を、流体や物体が良好に流通可能である。また、内輪20と外輪30の間の隙間を、流体や物体が流通することで、軸受10の発熱を抑えることができる。
以上のように、第1実施形態に係る軸受10は、内輪20および外輪30の間に複数の転動体40を有する軸受10であって、外輪30に転動体40が転がる軌道面31が設けられ、内輪20の軌道面31と対向する位置に転動体40を回転可能に収容する受け部23が設けられている。
上記のように構成した軸受10は、内輪20に、転動体40を回転可能に収容する受け部23が設けられるため、転動体40を保持するためのリテーナーが不要である。このため、内輪20と外輪30の間に、軸受10の軸心方向へ貫通する隙間を広く確保でき、この隙間を流体や物体等の流路として利用できる。
また、受け部23は、当該受け部23が設けられる内輪20が軌道面31に向かって突出して凸状に形成されている。したがって、内輪20の外周面の受け部23と受け部23の間は、凹状に形成される。このため、内輪20の外周面の凹状の部位(受け部23が設けられない部位)と軌道面31の間に、軸心方向へ貫通する隙間が形成される。これにより、凸状の受け部23と受け部23の間に形成される隙間を広く確保でき、流体や物体の流通が容易となる。また、受け部23と転動体40の間に夾雑物(異物)が入り込むことを、凸状の受け部23によって抑制できる。
また、受け部23の転動体40と接する摺動面24の摩擦係数は、軌道面31の摩擦係数よりも小さい。これにより、転動体40は、受け部23に収容された状態で摺動面24を滑って回転しつつ、軌道面31を転がることができる。
また、受け部23の転動体40と接する摺動面24の材料は、軌道面31の材料と異なってもよい。これにより、摺動面24の摩擦係数を、軌道面31の摩擦係数よりも小さくすることが容易となる。
また、受け部23の転動体40と接する摺動面24の表面微細構造は、軌道面31の表面微細構造と異なってもよい。これにより、摺動面24の摩擦係数を、軌道面31の摩擦係数よりも小さくすることが容易となる。
なお、溝部32の形状は、転動体40を回転可能に収容できれば、特に限定されない。例えば、図4(A)に示す第2の変形例のように、外輪30の溝部32は、外輪30の軸心Xが位置する断面において平坦な(直線的な)第1の底面33を備えてもよい。
また、図4(B)に示す第3の変形例のように、受け部23の凹状の摺動面24は、内輪20の軸心Xが位置する断面において平坦な(直線的な)第2の底面25を備えてもよい。
また、図5に示す第4の変形例のように、転動体40を回転可能に収容する受け部35が外輪30に設けられ、軌道面27が内輪20に設けられてもよい。また、外輪30(または内輪20)の軌道面は、溝を備えなくてもよい。
<第2実施形態>
<第2実施形態>
第2実施形態に係る軸受50は、図6に示すように、内輪60の受け部61へ流体を供給する流通孔62が形成されている点で、第1実施形態と異なる。なお、前述の実施形態と同様の機能を有する部位には、同一の符号を付し、説明を省略する。
軸受50の内輪60は、各々の受け部61に、摺動面24へ流体を供給する流通孔62が形成されている。各々の流通孔62は、内輪60の内周面から摺動面24へ貫通している。
次に、第2実施形態に係る軸受50の作用を説明する。
第2実施形態に係る軸受50は、内輪60の内周面側から流通孔62を介して摺動面24へ、水や油、空気、ガス等の流体を供給できる。摺動面24へ流体を供給すると、流体が摺動面24と転動体40の摩擦を低減させる。これにより、摺動面24の摩擦係数が減少し、転動体40を良好に回転させることができる。また、摺動面24へ流体を供給すると、摺動面24への夾雑物の混入を抑制し、転動体40の良好な回転を維持できる。内輪60の内周面側に流体を配置すると、内輪60が回転することで、遠心力によって流体を流通孔62から摺動面24へ自動的に供給できる。なお、流通孔62は、摺動面24を構成する多孔質材料の孔によって構成されていてもよい。また、流体を加圧することにより、流通孔62を介して積極的に流体を供給することも可能である。
なお、転動体40を回転可能に収容する受け部が外輪30に設けられる場合には、流通孔は、外輪30に設けられる。
<第3実施形態>
<第3実施形態>
第3実施形態に係る軸受70は、図7および、図7の矢線Cから外輪30を透過して視た透過図である図8に示すように、内輪80の凸部81の形状のみが、第1実施形態と異なる。なお、前述の実施形態と同様の機能を有する部位には、同一の符号を付し、説明を省略する。
軸受70の内輪80に設けられる各々の凸部81は、凸状の受け部83を有している。凸状の受け部83は、内輪80の回転方向側の側面に、内輪80の軸心Xに対して傾斜する傾斜面82を備えている。3つの受け部83の傾斜面82が傾斜する方向は、内輪80の回転方向において同一方向である。内輪80の軸心Xに対する傾斜面82の傾斜角度θは、0度を超えて90度未満であり、好ましくは20度以上であって70度以下、より好ましくは30度以上であって60度以下である。
次に、第3実施形態に係る軸受70の作用を説明する。
内輪80が回転すると、内輪80の軸心Xに対して傾斜している傾斜面82を備えている受け部83がスクリュー羽根の役割を果たし、内輪80と外輪30の間の隙間に存在する流体や物体が、内輪80の軸心方向に沿って移動する。したがって、内輪80の回転を利用して、内輪80と外輪30の間の隙間に流れを生じさせることができる。
なお、スクリュー羽根の役割を果たす凸状の受け部は、外輪30に設けられてもよい。この場合には、外輪30の回転を利用して、内輪80と外輪30の間の隙間に流れを生じさせることができる。
<第4実施形態>
<第4実施形態>
第4実施形態に係る軸受100は、図9(A)および拡大した図9(B)に示すように、内輪110の受け部111および外輪120の溝部121の構造が、第1実施形態と異なる。なお、前述の実施形態と同様の機能を有する部位には、同一の符号を付し、説明を省略する。
第4実施形態に係る軸受100の内輪110の受け部111は、内輪110の軸心Xが位置する断面において、軸心方向の一方側に、径方向外側へ高い内輪壁部112(第1の壁部)を備えている。内輪110の摺動面113の底(径方向の最も内側の位置)から内輪壁部112の外周面までの高さをHA、転動体40の半径をRと定義した場合、以下の式(1)が満たされることが好ましく、式(2)が満たされることがより好ましい。これにより、内輪壁部112が、転動体40の軸心方向の移動を制限できる。このため、軸受100は、径方向の荷重のみならず、軸心方向の荷重を良好に受けることが可能である。なお、式(2)は、満たされない場合もあり得る。
HA>0 ・・・式(1)
HA≧R ・・・式(2)
HA≧R ・・・式(2)
また、外輪120の溝部121は、外輪120の軸心Xが位置する断面において、軸心方向の一方側に、径方向内側へ高い外輪壁部122(第2の壁部)を備えている。外輪壁部122は、転動体40を挟んで内輪壁部112の反対側に配置される。外輪120の軌道面124の底(径方向の最も外側の位置)から外輪壁部122の内周面までの高さをHBと定義した場合、以下の式(3)が満たされることが好ましく、式(4)が満たされることがより好ましい。これにより、外輪壁部122が、転動体40の軸心方向の移動を制限できる。このため、軸受100は、軸心方向の荷重を受けることが可能である。なお、式(4)は、満たされない場合もあり得る。
HB>0 ・・・式(3)
HB≧R ・・・式(4)
HB≧R ・・・式(4)
第4実施形態に係る軸受100が回転する前の状態において、転動体40は、理論的には、摺動面113および軌道面124に対して隙間Gを有して位置する。転動体40の半径をRと定義した場合、以下の式(5)が満たされることが好ましく、式(6)が満たされることがより好ましい。これにより、隙間Gが、転動体40の半径Rに対して大きくなり過ぎず、回転が安定して損失が減少する。なお、隙間Gは、摺動面113の位置によって変化してもよい。
0<G≦2×R×0.1 ・・・式(5)
0<G≦2×R×0.05 ・・・式(6)
0<G≦2×R×0.05 ・・・式(6)
軸心Xが位置する断面における軌道面124の曲率半径をr1と定義した場合、以下の式(7)が満たされることが好ましく、式(8)が満たされることがより好ましい。これにより、軌道面124の曲率半径r1が、軌道面124と接触する転動体40の半径Rに対して大きくなり過ぎず、転動体40が軌道面124を転がりやすい。
r1≦1.5×R ・・・式(7)
r1≦1.25×R ・・・式(8)
r1≦1.25×R ・・・式(8)
軸心Xが位置する断面における摺動面113の曲率半径をr2と定義した場合、以下の式(9)が満たされることが好ましく、式(10)が満たされることがより好ましい。これにより、摺動面113の曲率半径r2が、摺動面113と接触する転動体40の半径Rに対して大きくなり過ぎず、転動体40が軌道面124を滑りやすい。
r2≦1.5×R ・・・式(9)
r2≦1.25×R ・・・式(10)
r2≦1.25×R ・・・式(10)
軌道面124の曲率半径r1および摺動面113の曲率半径r2は、一致してもよく、または一方が大きくてもよいが、以下の式(11)が満たされることが好ましい。摺動面113の曲率半径r2よりも、軌道面124の曲率半径r1が、転動体40の半径Rの値に近い。このため軌道面124が、摺動面113よりも転動体40と強く接触する。このため、転動体40は、軌道面124を滑ることが抑制され、軌道面124に対して転がりやすい。
r1<r2 ・・・式(11)
次に、第4実施形態に係る軸受100の作用を説明する。
第4実施形態に係る軸受100が回転すると、荷重が作用していない状態、または径方向へ荷重が作用している状態においては、図10(A)に示すように、転動体40が、遠心力および摺動面113から受ける力により、径方向外側へ移動する。これにより、転動体40は、径方向外側の位置P1で、軌道面124に接触する。転動体40は、位置P1で軌道面124から力を受けるため、転動体40の回転軸Yは、軸受100の軸心Xと略平行となる。転動体40は、受け部111の摺動面113を滑りつつ、外輪120の軌道面124を転がることができる。
内輪壁部112と外輪壁部122の間に、転動体40を挟むように軸心方向へ荷重F1が作用すると、図10(B)に示すように、転動体40は、軸心方向側の位置P2で、軌道面124に接触する。転動体40は、位置P2で軌道面124から力を受けるため、転動体40の回転軸Yは、軸受100の軸心Xと略直交となる。転動体40は、内輪壁部112の摺動面113を滑りつつ、外輪壁部122の軌道面124を転がることができる。
式(2)に示すように、内輪壁部112の高さHAが、転動体40の半径Rよりも高いため、内輪壁部112は、転動体40から軸心方向の力を良好に受けることができる。さらに、式(4)に示すように、外輪壁部122の高さHBが、転動体40の半径Rよりも高いため、外輪壁部122は、転動体40から軸心方向の力を良好に受けることができる。このため、軸受100は、軸心方向の荷重F1を受けやすくなり、軸心方向の耐荷重性が向上する。なお、転動体40の回転軸Yは、軸心方向と平行または直交に限定されず、軸心方向に対して90度未満で傾いてもよい。例えば、内輪壁部112の高さHAが、転動体40の半径Rよりも低い場合(式(2)を満たさない場合)や、外輪壁部122の高さHBが、転動体40の半径Rよりも低い場合(式(4)を満たさない場合)には、転動体40の回転軸Yは、軸心方向と直交となり難い。このため、軸受100が軸心方向の荷重F1を受けると、転動体40の回転軸Yは、軸心方向に対して90度未満で傾きやすい。
軸心方向へ荷重F1が作用している状態で転動体40と外輪120が接触する位置P2は、荷重F1が作用していない状態で転動体40と外輪120が接触する位置P1(図10(A)を参照)よりも、軸受100の回転中心から近い。このため、軸受100に軸心方向へ荷重F1が作用している状態(位置P2で接触している状態)の方が、荷重F1が作用していない状態(位置P1で接触している状態)よりも、転動体40が軌道面124に対して転がる位置の回転半径が小さく、転がる距離が短くなる。このため、摩擦による発熱量を低減できる。したがって、軸受100は、回転抵抗が小さくなり、低い駆動力で効率よく回転できる。
また、受け部111は、転動体40に対して、軸受100の軸心方向側に位置する内輪壁部112(第1の壁部)を有し、軌道面124は、転動体40に対して、軸受100の軸心方向側に位置する外輪壁部122(第2の壁部)を有し、内輪壁部112および外輪壁部122が、転動体40を軸心方向に挟んで支持している。このため、軸受100は、作用する荷重の方向に応じて、転動体40の回転軸Yの向きを変えることができる。したがって、軸受100は、径方向の荷重だけでなく、軸心方向の荷重F1を受けることもできる。
<第5実施形態>
<第5実施形態>
第5実施形態に係る軸受130は、図11に示すように、転動体40が軸心方向に2列設けられる点で、第4実施形態と異なる。なお、前述の実施形態と同様の機能を有する部位には、同一の符号を付し、説明を省略する。
外輪140の内周面は、転動体40が接触して転がる軌道面141を備えている。軌道面141は、周方向に延びる溝部142が形成されている。溝部142は、外輪140の軸心方向に並ぶ第1の転動体41および第2の転動体42を収容できる。溝部142は、軸心方向の両側に、第1の外輪壁部143(第2の壁部)および第2の外輪壁部144(第2の壁部)を備えている。第1の外輪壁部143は、第1の転動体41と接触する。第2の外輪壁部144は、第2の転動体42と接触する。溝部142が形成されることで、軌道面141からの第1の転動体41および第2の転動体42の脱落を抑制でき、第1の転動体41および第2の転動体42の回転が安定する。外輪140は、溝部142の分割面146において、軸心方向へ2つの外輪構成部材145に分割されている。これにより、内輪150に配置された第1の転動体41および第2の転動体42を挟むように分割面146で2つの外輪構成部材145を重ねることで、外輪140の溝部142に、第1の転動体41および第2の転動体42を配置できる。2つの外輪構成部材145は、組み立て精度、および荷重の許容傾き角の観点から、第1の外輪壁部143および第2の外輪壁部144が転動体40を挟む構成(正面組み合わせ)であることが好ましい。
内輪150は、外周面に、径方向外側へ突出する3つの凸部151を備えている。3つの凸部151は、内輪150の周方向に均等に配置されている。各々の凸部151は、第1の転動体41および第2の転動体42を回転可能に収容する凸状の受け部152を備えている。各々の凸部151の2つの受け部152は、内輪150の軸心方向へ並んでいる。各々の受け部152は、第1の転動体41および第2の転動体42の外周面が摺動する凹状の摺動面154を備えている。
各々の凸部151は、軸心方向に並ぶ第1の転動体41および第2の転動体42の間に、径方向外側へ高い内輪壁部153(第1の壁部)を備えている。第1の外輪壁部143と内輪壁部153の間に、第1の転動体41が回転可能に配置されている。また、第2の外輪壁部144と内輪壁部153の間に、第2の転動体42が配置されている。
次に、第5実施形態に係る軸受130の作用を説明する。
内輪壁部153と第1の外輪壁部143の間に、第1の転動体41を挟むように軸心方向へ荷重F2が作用すると、第4実施形態において説明した理論と同様に、第1の転動体41の回転軸Yが、軸受130の軸心Xと直交する方向に近づく。これにより、転動体40は、内輪壁部153の摺動面154を滑りつつ、第1の外輪壁部143の軌道面141を転がることができる。
内輪壁部153と第2の外輪壁部144の間に、第2の転動体42を挟むように、荷重F2とは逆方向の荷重F3が軸心方向へ作用すると、第4実施形態において説明した理論と同様に、第2の転動体42の回転軸Yが、軸受130の軸心Xと直交する方向に近づく。これにより、第2の転動体42は、内輪壁部153の摺動面154を滑りつつ、第2の外輪壁部144の軌道面141を転がることができる。
なお、軸受130は、荷重が作用していない状態、または径方向へ荷重が作用している状態においては、第1の転動体41および第2の転動体42の回転軸Yが、軸受130の軸心Xと略平行である。したがって、軸受130は、径方向の荷重と、軸心方向の荷重F2、F3を受けることができる。
<第6実施形態>
<第6実施形態>
第6実施形態に係る軸受160は、図12に示すように、外輪170の形状のみが、第5実施形態と異なる。なお、前述の実施形態と同様の機能を有する部位には、同一の符号を付し、説明を省略する。
軸受160の外輪170の内周面は、軸心方向の両側の縁部に、径方向内側へ突出する少なくとも1つの切断用凸部171を備えている。切断用凸部171は、外輪170の軸心方向の各々の縁部に、周方向へ複数(本実施形態では8つ)並んでいる。なお、切断用凸部171の数は、特に限定されない。切断用凸部171は、内輪150に設けられる凸部151の径方向外側に位置できる。切断用凸部171は、内輪150に設けられる凸部151の回転を阻害しない高さで形成されている。なお、切断用凸部171は、外輪170の軸心方向の一方側の縁部にのみ設けられてもよい。
次に、第6実施形態に係る軸受160の作用を説明する。
内輪150と外輪170が相対的に回転すると、内輪150と外輪170の間の隙間に存在する物体が、相対的に回転する凸状の受け部152と切断用凸部171によって切断または破壊される。すなわち、内輪150が回転すると、凸状の受け部152と切断用凸部171が切断刃の役割を果たす。したがって、内輪150と外輪170の間の隙間から、物体を搬送することが容易となる。なお、凸部が外輪170に配置される場合には、切断用凸部は、内輪150の外周面に設けられる。
<第7実施形態>
<第7実施形態>
第7実施形態に係る軸受180は、図13に示すように、外輪190の形状のみが、第6実施形態と異なる。なお、前述の実施形態と同様の機能を有する部位には、同一の符号を付し、説明を省略する。
軸受180の外輪190の内周面は、軸心方向の両側の縁部に、径方向内側へ突出する少なくとも1つの切断用凸部191を備えている。切断用凸部191は、外輪190の軸心方向の少なくとも一方の縁部に、周方向へ複数(本実施形態では3つ)並んでいる。なお、切断用凸部191の数は、特に限定されない。切断用凸部191は、内輪150に設けられる凸部151に対して、軸心方向へずれて配置される。切断用凸部191は、凸部151に対して、軸心方向へ微小な間隔(クリアランス)を有して配置されることが好ましい。切断用凸部191の頂部(径方向の最も内側の位置)における外輪190の内径は、凸部151の頂部(径方向の最も外側の位置)における内輪150の外径よりも小さい。
次に、第7実施形態に係る軸受180の作用を説明する。
内輪150と外輪190が相対的に回転すると、内輪150と外輪190の間の隙間に存在する物体が、相対的に回転する凸部151と切断用凸部191によって切断または破壊される。このとき、切断用凸部191の頂部における外輪190の内径は、凸部151の頂部における内輪150の外径よりも小さい。このため、内輪150が回転すると、凸部151および切断用凸部191に挟まれる物体が、凸部151および切断用凸部191からせん断力を受けて効果的に切断される。したがって、内輪150および外輪190の間の隙間から、物体を搬送することが容易となる。
<軸受の医療デバイスへの適用例>
<軸受の医療デバイスへの適用例>
図14〜16に示すように、軸受210が適用される医療デバイス200は、生体管腔内の物体を切削する治療、例えば、血管内のプラークや血栓などにより構成される狭窄部を切削する治療(処置)に用いられる。なお、本明細書では、デバイスの血管に挿入する側を「遠位側」、操作する手元側を「近位側」と称することとする。
医療デバイス200は、回転可能な構造体220と、構造体220を回転させる駆動シャフト230と、手元側に設けられる操作部240と、構造体220を収容可能な外シース250と、転動体260とを備えている。軸受210は、構造体220の一部、転動体260、および外シース250の一部により構成される。
外シース250は、駆動シャフト230の外側に被さる管体であり、駆動シャフト230に対して回転可能である。外シース250は、長尺な管体である柔軟な外管251と、外管251の遠位部に固定された外輪280を有している。外輪280および外管251の間の内周面には、360度にわたって延在する溝である係合凹部252が形成されている。
構造体220は、生体管腔内の物体である狭窄部を切削するための切削部と、生体組織に対して切削部よりも滑らかに接触し、生体組織にほとんど損傷を与えない非切削部224とを備えている。さらに、構造体220は、内輪270を備えている。
切削部は、構造体220の最遠位側に位置する第1切削部221と、第1切削部221よりも近位側に位置する第2切削部222と、第2切削部222よりも近位側に位置する第3切削部223とを備えている。非切削部224は、第1切削部221と第2切削部222の間に位置する。すなわち、構造体220は、遠位端から近位側へ向かって並ぶ、第1切削部221、非切削部224、第2切削部222および第3切削部223を有している。構造体220は、ほとんど撓まない剛体である。
第1切削部221は、構造体220の最遠位部に位置している。第1切削部221は、遠位側へ向かって外径がテーパ状に減少する外周面を有している。第1切削部221の外周面は、軸直交断面において円形である。構造体220の内部には、駆動シャフト230のルーメンが連通してガイドワイヤを挿入可能なガイドワイヤルーメン228が形成されている。ガイドワイヤルーメン228は、構造体220の遠位側開口部229で開口している。
第2切削部222は、非切削部224から近位側へ向かって第3切削部223まで外径がテーパ状に減少する外周面を有している。第2切削部222の外周面は、軸直交断面において円形である。第3切削部223は、第2切削部222から近位側へ向かって外径がテーパ状に増加する外周面を有している。第3切削部223の外周面は、軸直交断面において円形である。
第2切削部222と第3切削部223は、軸心Xを通る縦断面において外周面がV字形状となるように連結されている。第2切削部222の外周面の最大半径よりも、第3切削部223の外周面の最大半径の方が大きい。第1切削部221および第3切削部223は、主に医療デバイス200を押し込む際に狭窄部を切削する。第2切削部222は、主に医療デバイス200を牽引する際に狭窄部を切削する。第1切削部221、第2切削部222および第3切削部223の外表面には、例えばダイヤモンド粒子などの研磨材が固定されている。
非切削部224は、第1切削部221と第2切削部222の間に位置している。非切削部224は、軸心方向に沿って一定の外径である凹凸の無い滑らかな外周面を有している。非切削部224の外径は、軸方向に沿って変化してもよい。
第3切削部223の外周面は、軸直交断面において略V字状となるように切り込まれた切り込み部225を有している。切り込み部225は、本実施形態では、周方向に120度毎に設けられる。したがって、構造体220は、周方向に均等に並ぶ3つの切り込み部225を有している。各々の切り込み部225の縁部226は、曲率を有して滑らかに形成されている。なお、切り込み部225の数は、3つに限定されない。
内輪270は、転動体260を介して、外シース250の遠位部に設けられる外輪280に回転可能に支持されている。内輪270は、3つの切り込み部225の近位側に位置する3つのスリット271が形成されている。スリット271は、軸心Xに沿って延在している。内輪270は、スリット271に挟まれて周方向に並ぶ3つの分割支持部272(凸部)を備えている。分割支持部272は、1つの管体を、スリット271で分割して形成されている。各々の分割支持部272は、転動体260を収容可能な2つの受け部273が形成されている。受け部273には、外輪280の内周面と接触する球状の転動体260が、回転可能に収容されている。分割支持部272の近位部には、径方向外側へ突出する係合部274が形成されている。係合部274は、外シース250の内周面に形成される係合凹部252に回転可能に嵌合している。このため、構造体220は、外シース250に対して、軸方向へ移動して脱落することを抑制されている。外輪280は、内周面に、転動体260を転がる軌道面281を有している。軌道面281は、転動体260を転がり可能に支持する2つの溝部282が形成されている。溝部282は、周方向に延在している。駆動シャフト230は、構造体220の内周面に固定されている。内輪270、外輪280および転動体260は、軸受210を構成する。なお、内輪270は、切削部を有する構造体220と一体であるが、構造体220と別体であってもよい。また、外輪280は、外シース250と別体であるが、外シース250と一体であってもよい。
構造体220の構成材料は、特に限定されないが、例えば、ステンレス、CoCr、NiCr、真鍮、WC、タンタル(Ta)、Ti(チタン)、Pt(白金)、Au(金)、W(タングステン)、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ETFE(テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体)等のフッ素系ポリマー、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、ポリイミド、などが好適に使用できる。
構造体220の最大外径は、適用される生体管腔の内径等により適宜選択可能であるが、例えば、0.5〜10.0mmであり、一例として2.0mmとすることができる。
駆動シャフト230は、管状に形成されて、遠位側が構造体220の近位端部に固定されており、近位側に従動歯車231が固定されている。駆動シャフト230の近位部は、操作部240のケーシング241に回転可能に連結されている。
駆動シャフト230は、柔軟で、しかも近位側から作用する回転の動力を遠位側に伝達可能な特性を有する。駆動シャフト230は、例えば、単層コイル、右左右と巻き方向を交互にしている3層コイルなどの多層コイル状の管体などである。
操作部240は、ケーシング241と、従動歯車231に噛み合う駆動歯車242と、駆動歯車242が固定される回転軸243を備える駆動源であるモータ244とを備えている。操作部240は、さらに、モータ244へ電力を供給する電池などのバッテリー245と、モータ244の駆動を制御するスイッチ246とを備えている。スイッチ246を入れると、モータ244の回転軸243および駆動歯車242が回転する。駆動歯車242が回転すると、駆動歯車242と噛み合う従動歯車231が回転し、駆動シャフト230が回転する。
次に、医療デバイス200の作用を説明する。
駆動シャフト230を回転させると、駆動シャフト230に連結された構造体220が回転する。構造体220が回転すると、転動体260が、受け部273の摺動面275を滑って回転するとともに、外輪280の溝部282を転がる。これにより、構造体220は、外シース250の遠位部で円滑に回転可能である。なお、転動体260は、溝部282を転がるのみならず、滑ることもあり得る。
次に、医療デバイス200の使用方法を説明する。
操作者は、医療デバイス200の構造体220を含む遠位部を、例えば狭窄部を有する血管に挿入する。次に、操作部240のスイッチ246(図14を参照)を入れると、モータ244の駆動力が駆動歯車242から従動歯車231へ伝わる。そして、従動歯車231に連結されている駆動シャフト230が回転して、駆動シャフト230に連結されている構造体220が回転する。回転する構造体220の進退移動を繰り返すことで、非切削部224により血管壁の損傷を抑制しつつ、第1切削部221、第2切削部222および第3切削部223により狭窄部を効果的に切削できる。
次に、構造体220により狭窄部を切削しつつ、または切削した後に、外シース250の近位側にYコネクター等を介して接続したシリンジの押し子を牽引する。これにより、外シース250の内部に陰圧が発生し、切り込み部225、スリット271、および、内輪270と外輪280の間の隙間を介して、切削した狭窄部を外シース250のルーメンに吸引できる。吸引した物体は、内輪270と外輪280の間の隙間を通過する際に、回転する内輪270の分割支持部272により、さらに小さく破砕できる。このため、医療デバイス200は、軸受210の内輪270と外輪280の間の隙間を通過する物体を、軸受210によって小さく破砕しつつ効果的に吸引できる。なお、内輪270と外輪280の間の隙間は、切削した狭窄部の流通だけでなく、例えば薬剤、造影剤、生理食塩液等の多様な物を流通させることができる。
以上のように、医療デバイス200は、生体管腔内の狭窄部(物体)を切削するための医療デバイス200であって、回転可能な駆動シャフト230と、駆動シャフト230の遠位側に設けられて狭窄部を切削するための切削部と、駆動シャフト230を回転可能に収容する外管251と、切削部側に固定された内輪270と、外管251側に固定された外輪280と、を有し、外輪280に転動体260が転がる軌道面281が設けられ、内輪270の軌道面281と対向する位置に転動体260を回転可能に収容する受け部273が設けられている。
上記のように構成した医療デバイス200は、内輪270に、転動体260を回転可能に収容する受け部273が設けられるため、転動体260を保持するためのリテーナーが不要である。このため、内輪270と外輪280の間に、軸心方向へ貫通する隙間を広く確保でき、この隙間を流路として利用して、切削した狭窄部を排出できる。このため、医療デバイス200は、軸受210を備えつつも、切削した狭窄部を、軸受210内を通過させて流通させることができる。したがって、医療デバイス200の小径化と、物体を流通させる機能を同時に実現できる。
<他の軸受の医療デバイスへの適用例>
医療デバイス300は、図17、18に示すように、軸受310を有している。軸受310は、内輪320の形状のみが、第5実施形態に係る軸受130(図11を参照)と異なる。なお、前述の実施形態と同様の機能を有する部位には、同一の符号を付し、説明を省略する。
軸受310の内輪320は、筒状の内輪本体321と、内輪本体321から径方向外側へ突出する3つの凸部322を備えている。内輪本体321は、内輪320に対して外輪160が配置される位置よりも、軸心方向の一方側へ長く突出する筒形状を有している。各々の凸部322は、内輪320に対して外輪140が配置される位置よりも、軸心方向の内輪本体321が突出する方向と反対側へ長く延在している。各々の凸部322は、2つの凹状の摺動面154が形成される2つの受け部323を有している。内輪320の凸部322は、駆動シャフト230に連結される。内輪本体321は、切削部を有する構造体350に連結される。外輪140は、外シース360に固定されている。
次に、医療デバイス300の作用を説明する。
駆動シャフト230を回転させると、駆動シャフト230に連結された内輪320が回転し、内輪320に連結された構造体35が回転する。内輪320が回転すると、転動体40が、凸部322の摺動面154を滑って回転するとともに、外輪140の軌道面141を転がる。これにより、構造体350は、外シース360の遠位部で円滑に回転する。
以上のように、医療デバイス300は、軸受310の内輪本体321が、内輪320に対して外輪140が配置される位置よりも、軸心方向の一方側へ突出している。このため、外輪140から干渉を受けずに、内輪本体321を構造体350に対して接続することが容易である。
また、軸受310の凸部322は、内輪320に対して外輪140が配置される位置よりも、軸心方向の内輪本体321が突出する側と反対側へ突出している。このため、外輪140および内輪本体321から干渉を受けずに、凸部322を駆動シャフト230に対して接続することが容易である。
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。例えば、医療デバイスが挿入される生体管腔は、血管に限定されず、例えば、脈管、尿管、胆管、卵管、肝管等であってもよい。また、第1〜第7実施形態に係る軸受を、医療デバイスに適用できる。なお、第1〜第7実施形態に係る軸受を、切削を目的とするものではない医療デバイスや、医療を目的とするものではないデバイスに適用してもよい。また、上述した構成の各々を、適宜組み合わせて使用することもできる。
また、上述した実施形態の受け部は、内輪または外輪の一部であるが、内輪または外輪とは別部材であって、内輪または外輪に固定されてもよい。
10、50、70、100、130、160、180、210、310 軸受
20、60、80、130、150、270、320 内輪
21、191、321 内輪本体
22、81、151、322 凸部
23、35、61、83、111、152、273、323 受け部
24、113、154、275 摺動面
27、31、124、141、281 軌道面
29、112、153 内輪壁部(第1の壁部)
30、120、140、170、190、280 外輪
32、121、142、282 溝部
37、122、143、144 外輪壁部(第2の壁部)
40、260 転動体
41 第1の転動体
42 第2の転動体
62 流通孔
82 傾斜面
171、191 切断用凸部、
200、300 医療デバイス
220、350 構造体
221 第1切削部
222 第2切削部
223 第3切削部
224 非切削部
251 外管
X 軸心
20、60、80、130、150、270、320 内輪
21、191、321 内輪本体
22、81、151、322 凸部
23、35、61、83、111、152、273、323 受け部
24、113、154、275 摺動面
27、31、124、141、281 軌道面
29、112、153 内輪壁部(第1の壁部)
30、120、140、170、190、280 外輪
32、121、142、282 溝部
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40、260 転動体
41 第1の転動体
42 第2の転動体
62 流通孔
82 傾斜面
171、191 切断用凸部、
200、300 医療デバイス
220、350 構造体
221 第1切削部
222 第2切削部
223 第3切削部
224 非切削部
251 外管
X 軸心
Claims (10)
- 内輪および外輪の間に複数の転動体を有する軸受であって、
前記内輪または外輪に前記転動体が転がる軌道面が設けられ、
前記内輪または外輪の前記軌道面と対向する側に前記転動体を回転可能に収容する受け部が設けられた軸受。 - 前記受け部は、当該受け部が設けられる前記内輪または外輪が前記軌道面に向かって突出して凸状に形成されている請求項1に記載の軸受。
- 前記凸状の受け部は、回転方向側の側面に、軸心に対して傾斜する傾斜面を有している請求項2に記載の軸受。
- 前記内輪または外輪の前記凸状の受け部と対向する側に、前記受け部側に向かって突出する切断用凸部が設けられる請求項2または3に記載の軸受。
- 前記受け部の前記転動体と接する摺動面の摩擦係数は、前記軌道面の摩擦係数よりも小さい請求項1〜4のいずれか1項に記載の軸受。
- 前記受け部の前記転動体と接する摺動面の材料は、前記軌道面の材料と異なる請求項1〜5のいずれか1項に記載の軸受。
- 前記受け部の前記転動体と接する摺動面の表面微細構造は、前記軌道面の表面微細構造と異なる請求項1〜6のいずれか1項に記載の軸受。
- 前記受け部は、前記転動体と接する摺動面へ潤滑用の流体を流通させる供給孔が形成されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の軸受。
- 前記受け部は、前記転動体に対して、前記軸受の軸心方向側に位置する第1の壁部を有し、
前記軌道面は、前記転動体に対して、前記軸受の軸心方向側に位置する第2の壁部を有し、
前記第1の壁部および第2の壁部は、前記転動体を前記軸心方向に挟んで支持する請求項1〜8のいずれか1項に記載の軸受。 - 生体管腔内の物体を切削するための医療デバイスであって、
回転可能な駆動シャフトと、
前記駆動シャフトの遠位側に設けられて前記物体を切削する切削部と、
前記駆動シャフトを回転可能に収容する外管と、
前記切削部側に配置された内輪と、
前記外管側に配置された外輪と、を有し、
前記内輪または外輪に前記転動体が転がる軌道面が設けられ、
前記内輪または外輪の前記軌道面と対向する側に前記転動体を回転可能に収容する受け部が設けられた医療デバイス。
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2020
- 2020-02-25 US US16/800,455 patent/US11525476B2/en active Active
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