特開 2024-156429 リニアモータ、およびそれを用いた医療用診療装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024156429

(43)【公開日】2024-11-06

(54)【発明の名称】リニアモータ、およびそれを用いた医療用診療装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/02 20060101AFI20241029BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20241029BHJP

   A61B 1/24 20060101ALI20241029BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20241029BHJP

   H02K 41/03 20060101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

H02K41/02 C

G02B26/10 105Z

A61B1/24

G01B11/24 A

H02K41/03 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023070881

(22)【出願日】2023-04-24

(71)【出願人】

【識別番号】000138185

【氏名又は名称】株式会社モリタ製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 剛

【テーマコード（参考）】

2F065

2H045

4C161

5H641

【Ｆターム（参考）】

2F065AA53

2F065BB05

2F065DD03

2F065FF09

2F065FF10

2F065HH04

2F065HH05

2F065JJ03

2F065JJ26

2F065MM07

2H045AF01

2H045AF02

2H045BA02

4C161AA08

4C161BB06

4C161PP12

4C161PP13

4C161RR19

4C161RR26

5H641BB06

5H641GG02

5H641HH03

5H641HH05

5H641JA02

5H641JA09

5H641JA14

(57)【要約】

【課題】本開示は、駆動状況によって計測精度または駆動精度を劣化させないリニアモータ、およびそれを用いた医療用診療装置を提供する。
【解決手段】本開示のリニアモータは、直線運動をするリニアモータであって、永久磁石５３を有する可動子１９０と、永久磁石５３に対向する位置に配置されたコイル５２を有する固定子と、可動子１９０が直線運動するように案内する二つの平行なリニアガイド６０と、を備える。リニアガイド６０のそれぞれに設けられた支持部１８０と、支持部１８０に対応して可動子１９０に設けられた保持部１６０とを遊びをもって嵌合することで、可動子１９０がリニアガイド６０に取り付けられている。可動子１９０に取り付ける永久磁石５３の取り付け位置は、保持部１６０に対して非対称となる位置である。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直線運動をするリニアモータであって、
永久磁石を有する可動子と、
前記永久磁石に対向する位置に配置されたコイルを有する固定子と、
前記可動子が直線運動するように案内する二つの平行なリニアガイドと、を備え、
前記リニアガイドのそれぞれに設けられた支持部と、前記支持部に対応して前記可動子に設けられた保持部とを遊びをもって嵌合することで、前記可動子が前記リニアガイドに取り付けられ、
前記可動子に取り付ける前記永久磁石の取り付け位置は、各々の前記保持部に対して非対称となる位置である、リニアモータ。

【請求項2】

前記支持部は、前記可動子の直線運動方向と平行な第１軸と直交する第２軸上に設けられ、
前記可動子は、前記第２軸を軸に回転する方向に遊びをもっている、請求項１に記載のリニアモータ。

【請求項3】

各々の前記支持部は、前記可動子側に向けて外部に突出する凸部を含み、
各々の前記保持部は、前記凸部に嵌合する凹部を含む、請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。

【請求項4】

前記凸部は、前記可動子側に向けて外部に突出した円柱または球の形状を有し、
前記凹部は、円柱または球の形状を有する前記凸部に嵌合する形状を有する、請求項３に記載のリニアモータ。

【請求項5】

各々の前記保持部から前記永久磁石の第１極までの距離と、各々の前記保持部から前記永久磁石の第２極までの距離とが異なる、請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。

【請求項6】

前記永久磁石と、前記永久磁石に対向する位置に配置された前記コイルとの複数の組み合わせを有している、請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。

【請求項7】

前記可動子は、直線運動方向に対して垂直な面の少なくとも一方の面に弾性部材を有する、請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。

【請求項8】

前記可動子は、直線運動方向に開口部を有し、当該開口部に光学部品を保持することができる、請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。

【請求項9】

前記可動子は、切削工具を保持する切削保持部を有する、請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。

【請求項10】

請求項１または請求項２に記載の前記リニアモータと、
前記可動子が前記リニアガイドに沿って直線運動できるように前記リニアモータを保持するハウジングと、を備える医療用診療装置。

【請求項11】

手持ち式の３次元スキャナである、請求項１０に記載の医療用診療装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、リニアモータ、およびそれを用いた医療用診療装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、口腔内の歯および周辺軟組織を走査して３次元の形状データを取得する医療用診療装置として３次元スキャナが知られている。たとえば、特許文献１（特許第６８８３５５９号公報）には、レンズやカウンタウェイトをリニアモータで直線運動させるスキャナが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６８８３５５９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に開示された３次元スキャナでは、物体側に設けられた複数の支持部と、複数のリニアガイド側のそれぞれに設けられた保持部とを、遊びをもって嵌合させることで、装置の組立上の誤差の影響を極力受けずにレンズやカウンタウェイトをリニアモータで直線運動させて口腔内の歯および周辺軟組織の３次元の形状データを取得することができる。しかし、支持部と保持部との遊びをもって嵌合させているため、支持部を軸にレンズが傾くことがあり、その傾きがリニアモータの駆動状況によって変動することがあった。そのため、レンズがある傾きのときにキャリブレーションを行って計測を開始しても、リニアモータの駆動状況によってレンズの傾きが変化するので計測精度が劣化する虞があった。また、リニアモータで切削工具などを駆動する医療用診療装置の場合、駆動精度が劣化する虞があった。

【0005】

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、駆動状況によって計測精度または駆動精度を劣化させないリニアモータ、およびそれを用いた医療用診療装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係るリニアモータは、直線運動をするリニアモータであって、永久磁石を有する可動子と、永久磁石に対向する位置に配置されたコイルを有する固定子と、可動子が直線運動するように案内する二つの平行なリニアガイドと、を備える。リニアガイドのそれぞれに設けられた支持部と、支持部に対応して可動子に設けられた保持部とを遊びをもって嵌合することで、可動子がリニアガイドに取り付けられている。可動子に取り付ける永久磁石の取り付け位置は、各々の保持部に対して非対称となる位置である。

【0007】

本開示に係る医療用診療装置は、上記のリニアモータと、可動子がリニアガイドに沿って直線運動できるようにリニアモータを保持するハウジングと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示では、各々の保持部に対して非対称となる位置で永久磁石を可動子に取り付けるので、駆動状況によって可動子の傾きに変動が生じず、計測精度または駆動精度を劣化させないリニアモータ、およびそれを用いた医療用診療装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態に係る３次元スキャナの構成を示す模式図である。

【図2】（Ａ）は実施の形態に係るハンドピースの構成を示す模式図である。（Ｂ）は実施の形態に係るハンドピースのＸ－Ｚ断面を示す模式図である。

【図3】実施の形態に係る３次元スキャナにおいてレンズとカウンタウェイトとの位置関係を説明するための図である。

【図4】実施の形態に係るリニアモータの斜視図である。

【図5】実施の形態に係るリニアモータの分解斜視図である。

【図6】（Ａ）は支持部と保持部との間の嵌合について説明するための模式図である。（Ｂ）は支持部と保持部との間の遊びについて説明するための模式図である。（Ｃ）は支持部と保持部との間の遊びについて説明するための模式図である。

【図7】実施の形態に係るリニアモータのＸ－Ｙ断面での断面図である。

【図8】実施の形態に係る永久磁石の配置、可動子の傾きについて説明するための図である。

【図9】変形例に係る医療用診療装置である切削装置の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施の形態について図に基づいて説明する。
＜実施の形態＞
まず、本開示の実施の形態における医療用診療装置の構成について説明する。実施の形態では診療装置の一例として、歯科診療に用いることが可能な３次元スキャナについて説明する。３次元スキャナは、口腔内の歯の３次元形状を取得するための口腔内スキャナである。実施の形態に係る３次元スキャナは、口腔内スキャナに限定されるものではなく、同様の構成を有する他の３次元スキャナにも適用可能であり、たとえば、口腔内以外に人の耳の内部を撮像することで外耳内の３次元形状を取得するスキャナにも適用可能である。また、医療用診療装置は、３次元スキャナに限らず、切削工具を駆動する医療用診療装置にも適用可能である。

【0011】

また、実施の形態に係る医療用診療装置は、歯科に限らず、眼科、耳鼻咽喉科、放射線科、内科、外科、および獣医科など、あらゆる医科の診療にも適用可能である。なお、診療には、診断および治療が含まれる。

【0012】

［３次元スキャナの構成］
図１は、実施の形態に係る３次元スキャナ１００の構成を示す模式図である。３次元スキャナ１００は、「医療用診療装置」の一実施の形態に対応する。図１に示すように、３次元スキャナ１００は、ハンドピース７０と、制御部４０と、表示部５０と、電源４５とを備える。ハンドピース７０は、手持ち式の部材であり、プローブ１０と、接続部２０と、光学計測部３０とを含む。

【0013】

プローブ１０は、口腔内に差し込まれ、歯などの対象物９９にパターンを有する光（以下、単にパターンともいう）を投影する。プローブ１０は、パターンが投影された対象物９９からの反射光を光学計測部３０に導く。プローブ１０は、接続部２０の先端部外周を覆って当該接続部２０に着脱可能に装着されている。このため、術者は、感染対策として、生体に接触する可能性のあるプローブ１０のみを光学計測部３０から取り外して滅菌処理（たとえば、高温高湿環境でのオートクレープ処理）を施すことが可能である。

【0014】

接続部２０は、光学計測部３０の一部であって当該光学計測部３０から突出しており、プローブ１０の根元と嵌合可能な形状を有する。接続部２０は、プローブ１０で採光した光を光学計測部３０へ導くためのレンズ系や、カバーガラス、光学フィルタ、および位相差板（１／４波長板）などの光学部品を含んでいる。

【0015】

光学計測部３０は、プローブ１０を介して対象物９９にパターンを投影し、投影したパターンを撮像する。なお、実施の形態に係る光学計測部３０は、以下で説明されるように、合焦法の原理を用いて３次元形状を取得する構成であるが、合焦法、三角法、または共焦点法などの原理を用いて３次元形状を取得する構成であってもよい。つまり、光学計測部３０は、投影パターンや光学センサの焦点の位置を変化させる構成を含み、光学的な手法を用いて３次元形状を取得する構成であればいずれの原理を用いた構成であってもよい。

【0016】

制御部４０は、光学計測部３０の動作を制御するとともに、光学計測部３０で撮像した画像を処理して３次元形状を取得する。図示は省略するが、制御部４０は、制御中枢としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが動作するためのプログラムや制御データなどを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵのワークエリアとして機能するＲＡＭ（Random Access Memory）と、周辺機器との間で信号の整合性を保つための入出力インターフェイスとを含む。また、制御部４０は、取得した３次元形状を表示部５０に出力することも可能であり、光学計測部３０の設定などの情報を図示しない入力装置などで入力することも可能である。

【0017】

なお、撮像した画像を処理して３次元形状を取得するための演算の少なくとも一部は、制御部４０のＣＰＵによってソフトウェアとして実現されてもよいし、当該ＣＰＵとは別に処理を行うハードウェアとして実現されてもよい。当該ＣＰＵやハードウェアなどの処理部のうちの少なくとも一部は、光学計測部３０の内部に組み込まれてもよい。図１では３次元スキャナ１００の各構成要素（３０，４０，４５，５０）がケーブル（図中の太線）によって配線されているように描かれているが、これらの配線のうちの一部または全部が無線通信によって接続されてもよい。制御部４０が片手で持ち上げられるほど十分に小型かつ軽量であれば、制御部４０は、ハンドピース７０の内部に設けられてもよい。

【0018】

表示部５０は、制御部４０で得られた対象物９９の３次元形状の計測結果を表示する。表示部５０は、光学計測部３０の設定情報、患者情報、スキャナの起動状態、取扱説明書、およびヘルプ画面など、その他の情報も表示可能である。表示部５０には、たとえば据え置き式の液晶ディスプレイや、ヘッドマウント式やメガネ式のウェアラブルディスプレイなどが適用できる。また、表示部５０は複数あってもよく、３次元形状の計測結果やその他の情報が、複数の表示部５０上に同時表示あるいは分割表示されてもよい。

【0019】

電源４５は、光学計測部３０および制御部４０に電力を供給する。電源４５は、図１に示すように制御部４０の外部に設けられてもよいが、制御部４０の内部またはハンドピース７０の内部に設けられてもよい。また、電源４５は、制御部４０、光学計測部３０、および表示部５０のそれぞれに個別に給電できるように複数設けられてもよい。

【0020】

［ハンドピースの構成］
図２（Ａ）は、実施の形態に係るハンドピース７０の構成を示す模式図である。図２（Ｂ）は実施の形態に係るハンドピース７０のＸ－Ｚ断面を示す模式図である。なお、図２に示すハンドピース７０内の各部材は、図１に示す光学計測部３０に収納されている。

【0021】

図２に示すように、ハンドピース７０は、ハウジング７７の内部に、投影光発生部７５と、レンズ８１と、光学センサ７１と、プリズム７２とを含む。ハンドピース７０は、これら以外に、対象物９９に向けて光を反射させる反射板などを含んでもよい。レンズ８１は、後述するリニアモータの可動子に保持されている。なお、以下で説明する実施の形態においては、説明の便宜上、レンズ８１が往復直線運動する方向を表す仮想直線をＬで示し、直線Ｌに平行な軸をＸ軸（第１軸）、直線Ｌに垂直であって図２における紙面の上向きの軸をＺ軸、Ｘ軸およびＺ軸のそれぞれに垂直な軸をＹ軸（第２軸）と称する。

【0022】

投影光発生部７５は、光源となるレーザー素子やＬＥＤ（Light Emitting Diode）などである。投影光発生部７５からの光は、当該投影光発生部７５の前方に配置される投影パターンを発生させる投影パターンスクリーン（図示は省略する）を経由してプリズム７２およびレンズ８１を通過し、プローブ１０に設けられた反射部６６を介して対象物９９に照射され、当該対象物９９で反射される。対象物９９で反射された光は、反射部６６を介して再びレンズ８１を通過してプリズム７２内に進入する。プリズム７２は、対象物９９からの光の進行方向を、光学センサ７１が位置する方向（この例では、Ｚ軸方向）に変化させる。プリズム７２によって進行方向が変化した光は、光学センサ７１によって検出される。なお、図２（Ｂ）に示す例においては、投影光発生部７５からの光と対象物９９で反射してプリズム７２に導かれる光とが別々に示されているが、これは分かり易く説明するためのものであり、実際には両者の光が同軸上に導かれるようにハンドピース７０が構成されている。

【0023】

合焦法の技術を用いて３次元形状を取得する場合、レンズ８１と対象物９９との間に設けられたパターン生成素子（図示せず）を通過した光が対象物９９に投影される。レンズ８１が同一直線（たとえば、図示上の直線Ｌ）上を往復直線運動すると、投影パターンの焦点位置が変化する。光学センサ７１は、その変化ごとで対象物９９からの光を検出する。上述した制御部４０は、レンズ８１の位置と、そのときの光学センサ７１による検出結果とに基づいて、対象物９９の形状情報を演算する。

【0024】

レンズ８１は、第１駆動部８０によって駆動し、往復直線運動する。レンズ８１が直線Ｌの方向（Ｘ軸方向）に往復直線運動すると、レンズ８１の質量分だけハンドピース７０の重心位置が移動することになり当該ハンドピース７０を保持するユーザの手に振動として伝わる。その振動を打ち消すために、ハンドピース７０は、ハウジング７７の内部において、カウンタウェイト９１をさらに設ける。カウンタウェイト９１は、第２駆動部９０によって駆動し、レンズ８１と相対する方向に往復直線運動する。

【0025】

カウンタウェイト９１は、対象物９９とレンズ８１との間の光路、およびレンズ８１と光学センサ７１との間の光路を遮らないように、Ｘ軸方向における投影光発生部７５の背面側に設けられている。

【0026】

具体的には、図２（Ｂ）に示すように、ハンドピース７０は、ハウジング７７内において、当該ハンドピース７０の前方に位置する第１収容部５０１と、当該ハンドピース７０の後方に位置する第２収容部５０２とが設けられている。第１収容部５０１には、レンズ８１が収容され、第２収容部５０２には、カウンタウェイト９１が収容される。さらに、ハンドピース７０は、第１収容部５０１と第２収容部５０２との間において、第１収容部５０１によって保持されたレンズ８１と第２収容部５０２によって保持されたカウンタウェイト９１とを連結する連結収容部５００が設けられている。連結収容部５００には、上述した光学センサ７１、プリズム７２、および投影光発生部７５が収容されている。

【0027】

図３は、実施の形態に係る３次元スキャナ１００においてレンズ８１とカウンタウェイト９１との位置関係を説明するための模式図である。なお、図３に示す例では、ハウジング７７が省略されている。図３に示すように、レンズ８１は、直線Ｌに平行なリニアガイド６０によって、直線Ｌの方向に往復直線運動するように支持されている。

【0028】

さらに、第１駆動部８０は、可動子に保持されたレンズ８１を磁気回路構成８５によって直線Ｌの方向に往復直線運動させる。つまり、第１駆動部８０は、リニアモータで構成されている。

【0029】

カウンタウェイト９１は、レンズ８１の直線運動方向の直線Ｌ上に設けられかつ当該レンズ８１と同じ質量を有する錘である。カウンタウェイト９１は、直線Ｌに平行なリニアガイド６５によって、直線Ｌの方向に往復直線運動するように支持されている。実施の形態においては、リニアガイド６０とリニアガイド６５とは異なる部材であるが、リニアガイド６０とリニアガイド６５とを一つながりの部材で構成してもよい。

【0030】

さらに、第２駆動部９０は、可動子に保持されたカウンタウェイト９１を磁気回路構成９５によって直線Ｌの方向に往復直線運動させる。つまり、第２駆動部９０は、リニアモータで構成されている。

【0031】

なお、リニアモータである第１駆動部８０および第２駆動部９０の具体的な構成は、後述する。なお、以下では、第１駆動部８０および第２駆動部９０をまとめて単に「リニアモータ」ともいう。第１駆動部８０および第２駆動部９０のそれぞれは、制御部４０によって制御される。なお、実施の形態においては、第１駆動部８０および第２駆動部９０が共通の制御部４０によってそれぞれ制御されるが、第１駆動部８０および第２駆動部９０が互いに異なる制御部によってそれぞれ制御されてもよい。

【0032】

第１駆動部８０によって、レンズ８１が光軸となる直線Ｌの方向に往復直線運動すると、第２駆動部９０によって、カウンタウェイト９１は、レンズ８１と相対する方向にレンズ８１と同じ距離だけ往復直線運動する。たとえば、レンズ８１が対象物９９に近づく方向に直線Ｌ上を１０ｍｍ移動すると、カウンタウェイト９１は、対象物９９から遠ざかる方向に直線Ｌ上を１０ｍｍ移動する。また、レンズ８１が対象物９９から遠ざかる方向に直線Ｌ上を１５ｍｍ移動すると、カウンタウェイト９１は、対象物９９に近づく方向に直線Ｌ上を１５ｍｍ移動する。

【0033】

このように、レンズ８１と相対する方向に当該レンズ８１と同じ距離だけカウンタウェイト９１が往復直線運動することで、レンズ８１の往復直線運動に起因するハンドピース７０の重心の偏りを相殺することができる。これにより、カウンタウェイト９１によって、レンズ８１の往復直線運動による振動を打ち消すことができる。

【0034】

［リニアモータの構成］
次に、リニアモータの具体的な構成について図面を用いて説明する。図４は、実施の形態に係るリニアモータ８０１の斜視図である。図５は、実施の形態に係るリニアモータ８０１の分解斜視図である。図６（Ａ）は支持部１８０と保持部１６０との間の嵌合について説明するための模式図である。図６（Ｂ）は支持部１８０と保持部１６０との間の遊びについて説明するための模式図である。図６（Ｃ）は支持部１８０と保持部１６０との間の遊びについて説明するための模式図である。図７は、実施の形態に係るリニアモータ８０１のＸ－Ｙ断面での断面図である。なお、図４～図７に示す例では、リニアモータのうち、第１駆動部８０に対応するリニアモータ８０１の構成を説明するが、第２駆動部９０に対応するリニアモータの構成もリニアモータ８０１の構成と同様である。すなわち、第２駆動部９０に対応するリニアモータの場合、図４～図７に示す例において、レンズ８１がカウンタウェイト９１に置き換えられるが、その他の構成はリニアモータ８０１の構成と同様である。

【0035】

リニアモータ８０１は、ヨーク５１、コイル５２、および永久磁石５３を含む磁気回路構成８５を有している。また、リニアモータ８０１は、レンズ８１の外周を取り囲むようにして、レンズ８１を保持する可動子１９０を有し、可動子１９０の図中上下に永久磁石５３が設けられている。なお、永久磁石５３に対向する位置に配置されているヨーク５１およびコイル５２の部分がリニアモータ８０１の固定子を構成している。永久磁石５３は、たとえば、Ｎ極５３ａがＸ軸の正方向、Ｓ極５３ｂがＸ軸の負方向に向くように配置して可動子１９０に固定している。

【0036】

可動子１９０は、直線運動方向に開口部を有し、当該開口部にレンズ８１（光学部品）を保持しているので、対象物９９と光学センサ７１との間の光路が当該開口部を通ることになる。レンズ８１を保持している可動子１９０の一端には、バネ５５ａが当接し、可動子１９０の他端には、バネ５５ｂが当接している。

【0037】

図７に示すように、リニアモータ８０１は、可動子１９０の外周部に、レール５７およびブロック５６で構成されるリニアガイド６０が２つ平行に設けられている。２つのリニアガイド６０は、可動子１９０の外周側で互いに異なる位置に配置されている。

【0038】

より具体的には、２つのリニアガイド６０は、レンズ８１の直線運動方向と平行でかつレンズ８１の中心を通る光軸（直線Ｌ）を回転軸として、それぞれが回転対称となる位置で互いに平行に配置されている。

【0039】

リニアガイド６０は、ブロック５６と、レール５７とを含む。ブロック５６は、可動子１９０およびレンズ８１を支持するとともにレール５７に嵌合しており、レール５７に沿って直線方向に移動することで、レンズ８１を往復直線運動させる。ブロック５６には、レール５７の接続面との間において、グリスなどの粘性を有する潤滑剤が塗布されてもよいし、ボールやローラなどの転がり軸受が設けられてもよい。

【0040】

さらに、バネ５５ａおよびバネ５５ｂは、図５に示すように、レンズ８１の中心部における光路を遮らないように当該レンズ８１の外周を取り囲むように設けられている。バネ５５ａおよびバネ５５ｂは、弾性部材の一実施の形態に対応する。バネ５５ａおよびバネ５５ｂには、コイルバネなどが適用される。なお、弾性部材には、バネに限らず、ゴムなど、力を加えたときに変形する一方で力を除いたときには元に戻るものであればいずれの部材が適用されてもよい。

【0041】

バネ５５ａおよびバネ５５ｂは、それぞれ、その一端が可動子１９０に当接し、その他端はリニアモータ８０１の筐体５９で固定されている。さらに、バネ５５ａおよびバネ５５ｂは、Ｘ方向の変形が許容され、Ｙ－Ｚ方向に変形し難くなるように筐体５９内で保持されている。このように配置されたバネ５５ａおよびバネ５５ｂによって、可動子１９０に対して直線運動方向に弾性力が与えられる。バネ５５ａおよびバネ５５ｂのそれぞれの直径は、レンズ８１を通る光路を遮らないようにレンズ８１の直径と略同じでることが好ましい。

【0042】

レンズ８１は、可動子１９０とともに、支持部１８０および保持部１６０を介してリニアガイド６０によって往復直線運動可能に支持されている。具体的には、レンズ８１を保持する可動子１９０の一部には、保持部１６０が設けられている。レール５７上を移動するブロック５６の一部には、支持部１８０がネジ止めされている。支持部１８０と、保持部１６０とは嵌合している。

【0043】

支持部１８０と、保持部１６０との間の嵌合について、図６を参照しながら具体的に説明する。図６（Ａ）は、支持部１８０と保持部１６０との間の嵌合について説明するための模式図である。図６（Ｂ）は、支持部１８０と保持部１６０との間の遊びについて説明するための模式図である。図６（Ｃ）は、支持部１８０と保持部１６０との間の遊びについて説明するための模式図である。

【0044】

図６（Ａ）に示すように、支持部１８０は、支持部本体１８１と、支持部本体１８１に形成されたネジ穴１８２およびネジ穴１８３と、支持部本体１８１からＹ軸方向に外部（保持部１６０側）に突出する凸部１８４とを有する。支持部１８０は、ネジ穴１８２およびネジ穴１８３を介して、ブロック５６にネジ止めされている。保持部１６０は、保持部本体１６１と、保持部本体１６１の内部に形成された凹部１６４とを有する。保持部１６０は、可動子１９０の側面に設けられている。

【0045】

図６（Ｂ）および図６（Ｃ）に示すように、凸部１８４は、Ｘ－Ｚ断面が円形または略円形であって、Ｙ－Ｚ断面がＹ方向に細長い長方形の円柱形状を有する部材である。これに対して、凹部１６４は、Ｘ－Ｚ断面が円形または略円形であって、Ｙ－Ｚ断面がＹ方向に細長い長方形の円柱形状を有する窪み（空間）である。凸部１８４は、凹部１６４に嵌合するようになっている。凸部１８４と凹部１６４との間においては、グリスなどの粘性を有する潤滑剤が塗布されている。

【0046】

このように、リニアガイド６０側にネジ止めされた支持部１８０と、可動子１９０側に設けた保持部１６０とが嵌合することで、レンズ８１を含む可動子１９０が、レール５７に沿って往復直線運動することができる。

【0047】

凹部１６４は、凸部１８４よりも、Ｘ－Ｚ断面における円の半径、およびＹ－Ｚ断面におけるＹ方向の長さが大きい。具体的には、図６（Ｂ）に示すように、凹部１６４のＸ－Ｚ断面における円の半径１６４Ｒは、凸部１８４のＸ－Ｚ断面における円の半径１８４Ｒよりも大きい。また、図６（Ｃ）においては、凸部１８４が凹部１６４に完全に嵌合している状態が示されているが、凹部１６４のＹ－Ｚ断面におけるＹ方向の長さ１６４Ｌは、凸部１８４のＹ－Ｚ断面におけるＹ方向の長さ１８４Ｌよりも大きい。このため、凸部１８４と凹部１６４とが、遊びをもって嵌合するようになっている。

【0048】

たとえば、凸部１８４が凹部１６４に嵌合した状態では、Ｘ－Ｚ断面においては、凹部１６４の半径１６４Ｒと凸部１８４の半径１８４Ｒとの差Ｄ１がクリアランスとして存在し、Ｙ－Ｚ断面においては、凹部１６４のＹ方向の長さ１６４Ｌと凸部１８４のＹ方向の長さ１８４Ｌとの差Ｄ２がクリアランスとして存在する。

【0049】

このため、製造上のバラツキなどにより、凸部１８４の半径１８４Ｒや凹部１６４の半径１６４Ｒに一定以上のバラツキが生じたとしても、僅かな隙間である差Ｄ１の範囲内のバラツキ、例えば、０．０１ｍｍ～０．１ｍｍであれば、組立上の誤差を吸収することができる。また、製造上のバラツキなどにより、凸部１８４のＹ方向の長さ１８４Ｌや凹部１６４のＹ方向の長さ１６４Ｌに一定以上のバラツキが生じたとしても、差Ｄ２の範囲内のバラツキであれば、組立上の誤差を吸収することができる。

【0050】

さらに、凹部１６４の半径１６４Ｒと凸部１８４の半径１８４Ｒとの差Ｄ１よりも、凹部１６４のＹ方向の長さ１６４Ｌと凸部１８４のＹ方向の長さ１８４Ｌとの差Ｄ２の方が大きくなるように、凸部１８４と凹部１６４とにおける遊びが設けられている。このため、凸部１８４が凹部１６４に嵌合した状態において、凸部１８４は、Ｘ方向やＺ方向よりも、Ｙ方向の方がより動き易くなっている。

【0051】

このように、可動子１９０とリニアガイド６０との間において、リニアガイド６０側に設けられた支持部１８０と、可動子１９０側に設けられた保持部１６０とが、遊びをもって嵌合する。これにより、可動子１９０とリニアガイド６０との間の嵌合において適度なクリアランスを設けることができ、組立上の誤差を吸収することができる。その結果、３次元スキャナ１００の組立上の誤差の影響をレンズ８１の往復直線運動に対して極力生じさせないようにすることができる。

【0052】

このように、支持部１８０と保持部１６０とを遊びをもって嵌合することで、可動子１９０をリニアガイド６０に取り付けてある。そのため、レンズ８１をリニアガイド６０に沿って往復直線運動させることに起因して、支持部１８０（Ｙ軸）まわりに生じる力のモーメントによりレンズ８１を保持する可動子１９０が傾く場合がある。具体的に、可動子１９０は、図３において図中右側に移動した場合、支持部１８０まわりに反時計回りのモーメントが生じて右側が上になるように傾き、逆に、可動子１９０は、図３において図中左側に移動した場合、支持部１８０まわりに時計回りのモーメントが生じて右側が下になるように傾く場合がある。また、術者がハンドピース７０を操作して、支持部１８０まわりの外的モーメントの負荷をリニアモータ８０１に与えた場合に可動子１９０が傾く場合がある。

【0053】

可動子１９０の傾きは、リニアモータ８０１の駆動状況によって変動することになる。そのため、可動子１９０に保持したレンズ８１も傾くことになる。３次元スキャナ１００において、レンズ８１の傾きによる計測誤差を補正するためキャリブレーションを行うが、リニアモータ８０１の駆動状況によってレンズ８１の傾きが変化すると計測精度が劣化する虞があった。

【0054】

そこで、実施の形態に係るリニアモータ８０１では、駆動状況によって可動子１９０の傾きが変動しない構成を採用している。図８は、実施の形態に係る永久磁石５３の配置、可動子１９０の傾きについて説明するための図である。なお、図８（ａ）は、リニアモータ８０１の側面図を示し、図８（ｂ）は、リニアモータ８０１の断面図を示している。リニアモータ８０１では、図８（ａ）に示すように、保持部１６０に対して非対称となる位置で永久磁石５３を可動子１９０に取り付ける。具体的に、図８（ａ）に示す上側の永久磁石５３は、各々の保持部１６０からＮ極５３ａまでの距離Ｌ１より、各々の保持部１６０からＳ極５３ｂまでの距離Ｌ２の方が長く（Ｌ１＜Ｌ２）なるように配置し、下側の永久磁石５３は、各々の保持部１６０からＮ極５３ａまでの距離Ｌ３より、各々の保持部１６０からＳ極５３ｂまでの距離Ｌ４の方が短く（Ｌ４＜Ｌ３）なるように配置する。たとえば、上側の永久磁石５３は、図中左側に０．５ｍｍ移動させ、下側の永久磁石５３は、図中右側に０．５ｍｍ移動させる。

【0055】

そのため、永久磁石５３とコイル５２との間で磁気吸引力に不釣り合いが生じ、上側の永久磁石５３はＳ極５３ｂがコイル５２に近づき、下側の永久磁石５３はＮ極５３ａがコイル５２に近づくような力が常に働くことになる。なお、図８（ａ）に示す矢印の大きさは、磁気吸引力の大きさを表している。つまり、リニアモータ８０１では、保持部１６０に対して非対称となる位置に永久磁石５３を取り付けることで支持部１８０まわりに時計回りのモーメント（図８（ａ）に示す矢印方向のモーメント）が生じ、可動子１９０の右側が下になるように傾く力が常に働いている。したがって、リニアモータ８０１では、駆動状況によらず、常に可動子１９０の右側が下になるよう傾きで駆動することになる。

【0056】

このリニアモータ８０１を採用した３次元スキャナ１００では、リニアモータ８０１の駆動状況によって可動子１９０の傾きが変化しないので、計測前にキャリブレーションを行えば、高い計測精度で口腔内の歯および周辺軟組織の３次元の形状データを取得することができる。なお、図８（ａ）に示すリニアモータ８０１では、可動子１９０を常に右側が下になるように傾けたが、永久磁石５３を逆方向に移動させれば、可動子１９０を常に左側が下になるように傾けることができる。つまり、リニアモータ８０１では、保持部１６０に対して非対称となる位置で永久磁石５３を可動子１９０に取り付けることで、可動子１９０を所望の方向に安定して傾けることができる。

【0057】

カウンタウェイト９１を往復直線運動させるリニアモータについても、リニアモータ８０１と同様に構成を採用してもよい。しかし、リニアモータ８０１は、可動子１９０にレンズ８１を保持しているので、可動子１９０の傾きがレンズ８１の光軸に影響を与えるが、カウンタウェイト９１を往復直線運動させるリニアモータは、可動子の傾きが計測の光路に影響を与えない。そのため、カウンタウェイト９１を往復直線運動させるリニアモータは、リニアモータ８０１と同様に構成を採用しなくても計測精度に影響を与えない。

【0058】

［変形例］
本開示は、上記の実施例に限られず、さらに種々の変形、応用が可能である。以下、本開示に適用可能な変形例について説明する。

【0059】

前述のリニアモータ８０１の構成は一例であり、バネの数およびその配置場所、さらに、リニアガイドの数およびその配置場所は、ハンドピース内のスペースを考慮して適宜組み合わせて設計可能である。また、リニアモータ８０１では、図５に示すように、永久磁石５３と、永久磁石５３に対向する位置に配置されたコイル５２との組み合わせを、可動子１９０の上下に２つ有しているが、いずれか一方でも、３つ以上有してもよい。

【0060】

前述の実施の形態においては、可動子１９０に向けて突出した凸部１８４を有する支持部１８０をリニアガイド６０側に設け、凸部１８４と嵌合する凹部１６４を有する保持部１６０を可動子１９０側に設けているが、支持部１８０を可動子１９０側に設け、保持部１６０をリニアガイド６０側に設けてもよい。また、凸部１８４および凹部１６４の形状は、円柱形状に限定されず、その他の形状であってもよい。たとえば、凸部１８４は、可動子１９０側に向けて外部に突出した球の形状を有し、凹部１６４は、球の形状の窪みを有してもよい。

【0061】

実施の形態においては、医療用診療装置の１つの例示として３次元スキャナについて説明したが、医療用診療装置は他の用途にも適用可能である。たとえば、医療用診療装置として、切削工具（たとえば、スケーラ―チップ、根管治療用ファイルなど）を用いて対象物を切ったり削り取ったりする切削装置がある。

【0062】

図９は、変形例に係る医療用診療装置である切削装置３７０の構成を示す模式図である。図９に示すように、切削装置３７０は、筐体３７５と、切削工具３８５と、切削工具３８５を保持する切削保持部３８１と、切削保持部３８１を往復直線運動させる第１駆動部５８０と、切削保持部３８１の直線運動方向の直線上に設けられかつ切削保持部３８１と同じ質量を有するカウンタウェイト３９１と、カウンタウェイト３９１を往復直線運動させる第２駆動部５９０と、切削保持部３８１が往復直線運動するように切削保持部３８１を案内するリニアガイド３６０と、カウンタウェイト３９１が往復直線運動するようにカウンタウェイト３９１を案内するリニアガイド３６５と、第１駆動部５８０および第２駆動部５９０を制御する制御部３４０とを備えている。なお、カウンタウェイト３９１は、切削保持部３８１に切削工具３８５を加えた質量と同じ質量を有していてもよい。制御部３４０は、切削保持部３８１とカウンタウェイト３９１とが相対する方向にそれぞれ同じ距離だけ往復直線運動するように第１駆動部５８０および第２駆動部５９０をそれぞれ制御する。

【0063】

このように、切削装置３７０においては、切削保持部３８１を往復直線運動させる第１駆動部５８０と、カウンタウェイト３９１を往復直線運動させる第２駆動部５９０とを、制御部３４０がそれぞれ独立して制御することによって、切削保持部３８１によって保持された切削工具３８５で物体（たとえば、歯）を切ったり削り取ったりしつつ、カウンタウェイト３９１によって切削保持部３８１の往復直線運動による残留振動を極力抑えることができる。

【0064】

なお、図９に示す切削装置３７０においては、制御部３４０が筐体３７５内に収納されているが、図１に示す３次元スキャナ１００のように、制御部３４０が筐体３７５の外に配置されるとともに、配線によって第１駆動部５８０および第２駆動部５９０と接続されてもよい。

【0065】

また、医療用診療装置としては、口腔内や外耳内、または胃や腸などの消化器を撮影する医療用のカメラが適用されてもよい。この場合、リニアモータの可動子に保持する物体としてカメラのレンズを適用し、別の可動子にカウンタウェイトを適用してもよい。

【0066】

また、医療用診療装置としては、顕微鏡が適用されてもよい。この場合、リニアモータの可動子に保持する物体として顕微鏡内のレンズを適用し、別の可動子にカウンタウェイトを適用してもよい。

【0067】

さらに、医療用診療装置としては、レーザー光線を用いて図などの対象物を指し示すレーザーポインタや歯を切削するレーザー装置が適用されてもよい。この場合、リニアモータの可動子に保持する物体としてレンズを適用し、別の可動子にカウンタウェイトを適用してもよい。

【0068】

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。なお、実施の形態で例示された構成および変形例で例示された構成は、適宜組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0069】

１０ プローブ、２０ 接続部、３０ 光学計測部、４０，３４０ 制御部、４５ 電源、５０ 表示部、５１ ヨーク、５２ コイル、５３ 永久磁石、５５ａ，５５ｂ バネ、５６ ブロック、５７ レール、６０，６５，３６０，３６５ リニアガイド、６６ 反射部、７０ ハンドピース、７１ 光学センサ、７２ プリズム、７５ 投影光発生部、７７ ハウジング、８０，５８０ 第１駆動部、８１ レンズ、８５，９５ 磁気回路構成、９０，５９０ 第２駆動部、９１，３９１ カウンタウェイト、９９ 対象物、１００ ３次元スキャナ、１６０ 保持部、１６１ 保持部本体、１６４ 凹部、１８０ 支持部、１８１ 支持部本体、１８４ 凸部、１９０ 可動子、３７０ 切削装置、３７５ 筐体、３８１ 切削保持部、３８５ 切削工具、５００ 連結収容部、５０１ 第１収容部、５０２ 第２収容部、８０１ リニアモータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】