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【発明の名称】 湾曲機構
【発明者】 【氏名】安永 新二

【要約】 【課題】簡単かつ安価で、製造容易な構成としつつ、細径で湾曲長の短い湾曲機構を提供する。

【構成】第1湾曲部103〜第4湾曲部106はコイルバネ107で構成され、第1湾曲部103の前方チューブ101側に前方リンク部材108が、第4湾曲部106の後方チューブ102側に後方リンク部材109が配置され、第1湾曲部103と第2湾曲部104の間に第1中間リンク部材110が、第2湾曲部104と第3湾曲部105の間に第2中間リンク部材111が、第3湾曲部105と第4湾曲部106の間に第3中間リンク部材112が配置される。第1アクチュエータ113は、チューブ部材114とSMAワイヤ115からなり、これが駆動されて前方リンク部材108とチューブ部材114の間の距離が短くなると、第1湾曲部103は湾曲される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コイルバネと、
前記コイルバネの軸方向に沿って配置された、伸縮が制御可能なワイヤ状部材を湾曲可能なチューブ部材に内挿して、ワイヤ状部材の一端とチューブ部材の一端を結合させたアクチュエータを備え、
前記チューブ部材の他端が前記コイルバネの第1の部位もしくは第1の部位に結合された部材に対して固定されていることと、
前記ワイヤ状部材の他端が前記コイルバネの前記第1の部位とは軸方向に異なる第2の部位もしくは第2の部位に結合された部材に対して結合されていることと、
前記ワイヤ状部材の伸縮に伴い、前記コイルバネの第1の部位と第2の部位の間隔を変化させることによって前記コイルバネを湾曲させることを特徴とする湾曲機構。
【請求項2】
前記アクチュエータが前記コイルバネに沿って複数配置され、各々の前記アクチュエータの前記チューブ部材の他端及びワイヤ状部材の他端が固定もしくは結合された部位が前記コイルバネの周方向に異なることを特徴とする請求項1に記載の湾曲機構。
【請求項3】
前記複数のアクチュエータの前記チューブ部材の他端及びワイヤ状部材の他端が固定もしくは結合された部位が前記コイルバネの軸に鉛直な面内近傍に存在することを特徴とする請求項2に記載の湾曲機構。
【請求項4】
前記ワイヤ状部材が形状記憶合金であって、前記形状記憶合金に対する制御可能な加熱手段を有し、その温度を制御することによって形状記憶合金の伸縮を制御することを特徴とする請求項1に記載の湾曲機構。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、湾曲機構に関する。より詳しくは、細径で湾曲長を短くすることができる湾曲機構に関し、例えば、医療用のカテーテル、内視鏡などの湾曲機構として適用可能な湾曲機構に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、内視鏡と併用して用いられるカテーテルは能動的な湾曲機構を有しないのが普通であるが、難挿入部位に用いる場合などは能動的な湾曲機構が挿入性の向上の点で有用である場合がある。また、内視鏡自体の湾曲機構は一般的にはワイヤによる牽引が用いられるが、制御性などの観点からこれを電動化する試みも見られる。このような技術としては、例えば、特許文献1に開示されており、これについて図6を用いて説明する。
【0003】
図6の(a)及び(b)は、形状記憶合金を利用した形状記憶合金アクチュエータを示しており、このものは、図に示したように、長尺物1の屈曲部位2の一方の端部に糸状部材3の一端が固定され、屈曲部位2の他方の端部に糸状物3の長さを変化させるように動作するアクチュエータ4が取り付けられている。アクチュエータ4はガイド部材5と形状記憶部材10とを有し、ガイド部材5は長尺物1の軸方向に沿って固定されている。ガイド部材5は形状記憶部材10の動作をガイドし、形状記憶部材10は変形状態から復帰状態となるときにはガイド部材5に沿って伸びる。形状記憶部材10の第一端部8aはガイド部材5に対して不動であり、第二端部8bはガイド部材5に対して可動であり、糸状部材3の他端が形状記憶部材10の第二端部8bに接続されていることによって湾曲機構を構成している。
【0004】
【特許文献1】特開平10−216238号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前述の従来技術では、ガイド部材5の中に糸状部材3と形状記憶部材10である形状記憶合金コイルを納める必要があるため、細径化に限界があり、細径のカテーテルに適用することは困難である。加えて、屈曲部位2が湾曲するためには長尺物1のガイド部材5の側を収縮させ、その反対側を伸張させなければならないが、湾曲長を短くすると長尺物1に対する歪みが大きくなるために形状記憶合金コイルでは発生力が不足して、必然的に屈曲部位2の長さを長くしなければならなくなる。
【0006】
特に、基本的に一つの形状記憶合金アクチュエータでは、一つの方向にしか湾曲させることができないので、二方向に湾曲させるためには二つの形状記憶合金アクチュエータを要すると共に、二方向に湾曲させるには大きな湾曲長を確保しなければならない。このように、従来の方法では径が小さく、湾曲長が短い能動湾曲機構を実現することは困難である。
【0007】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単かつ安価な構成でありながら、細径で湾曲長の短い湾曲機構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】
【0008】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、コイルバネと、前記コイルバネの軸方向に沿って配置された、伸縮が制御可能なワイヤ状部材を湾曲可能なチューブ部材に内挿して、ワイヤ状部材の一端とチューブ部材の一端を結合させたアクチュエータを備え、前記チューブ部材の他端が前記コイルバネの第1の部位もしくは第1の部位に結合された部材に対して固定されていることと、前記ワイヤ状部材の他端が前記コイルバネの前記第1の部位とは軸方向に異なる第2の部位もしくは第2の部位に結合された部材に対して結合されていることと、前記ワイヤ状部材の伸縮に伴い、前記コイルバネの第1の部位と第2の部位の間隔を変化させることによって前記コイルバネを湾曲させることを特徴とする湾曲機構を提供する。
【0009】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記アクチュエータが前記コイルバネに沿って複数配置され、各々の前記アクチュエータの前記チューブ部材の他端及びワイヤ状部材の他端が固定もしくは結合された部位が前記コイルバネの周方向に異なることが望ましい。
【0010】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記複数のアクチュエータの前記チューブ部材の他端及びワイヤ状部材の他端が固定もしくは結合された部位が前記コイルバネの軸に鉛直な面内近傍に存在することが望ましい。
【0011】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記ワイヤ状部材が形状記憶合金であって、前記形状記憶合金に対する制御可能な加熱手段を有し、その温度を制御することによって形状記憶合金の伸縮を制御することが望ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明は、簡単かつ安価で、製造容易な構成としつつ、細径で湾曲長の短い湾曲機構を提供することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下に、本発明にかかる湾曲機構の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例1】
【0014】
本発明の実施例1について図1乃至図3を用いて説明する。図1は、本実施例の湾曲機構の斜視図を示している。前方チューブ101と後方チューブ102の間に第1湾曲部103、第2湾曲部104、第3湾曲部105、第4湾曲部106が配置されている。第1乃至第4湾曲部103、104、105、106は一体のコイルバネ107で構成され、第1湾曲部103の前方チューブ101側には前方リンク部材108が、第4湾曲部106の後方チューブ102側には後方リンク部材109がそれぞれ配置され、第1湾曲部103と第2湾曲部104の間には第1中間リンク部材110が、第2湾曲部104と第3湾曲部105の間には第2中間リンク部材111が、第3湾曲部105と第4湾曲部106の間には第3中間リンク部材112がそれぞれ配置されている。
【0015】
なお、本実施例の湾曲機構をカテーテルの先端部湾曲に用いる場合は、後方チューブは長く、柔軟な構造であり、必要に応じて、湾曲機構部分に外皮として柔軟なチューブを被着することができる。
【0016】
本実施例のマニピュレータにおいては、第1湾曲部103乃至第4湾曲部106はそれぞれ独立に駆動することが可能である。ここで、第1湾曲部103の拡大図を図2に示し、これを用いてその動作について説明する。
【0017】
第1湾曲部には湾曲のための第1アクチュエータ113が組み付けられている。第1アクチュエータ113は絶縁性のチューブ部材114とそれに内挿された形状記憶合金ワイヤ(以後、SMAワイヤとする)115からなり、チューブ部材114はその先端部が第1中間リンク部材110のチューブ取り付け部116に接着等によって固定されている。また、SMAワイヤ115の先端は前方リンク部材108の突出部117に形成された貫通孔に挿入され、貫通した部位よりも先端側にカシメ部材118が取り付けられている。ここでカシメ部材118の径は突出部117の貫通孔よりも大きいものとする。
【0018】
ここで第1アクチュエータ113が駆動され、カシメ部材118とチューブ部材114の間の距離が短くなると、前方リンク部材108と第1中間リンク部材110の間のコイルバネ107が、当該コイルバネ107の軸方向(長手方向)中心を挟んでカシメ部材118及びチューブ部材114の反対側で引っ張られることになり、結果としてコイルバネ107はチューブ取り付け部116付近を基点として突出部117の突出方向に湾曲することになる。
【0019】
次に、第1のアクチュエータ113の動作について図3を用いて説明する。チューブ部材114に挿入されたSMAワイヤ115はチューブ部材114の先端側では摺動可能であるが、チューブ部材114の後端部114bにおいて固定されている。
【0020】
ここで、特に図示しないが、SMAワイヤ115の両端に細径の配線が取り付けられており、そこに所定の電流を流すことによって加熱すると、SMAワイヤ115が収縮して、SMAワイヤ115の先端近傍に取り付けたカシメ部材118と、チューブ取り付け部118に固定されたチューブ部材114の先端部114aの間の距離が短くなる。このような構成のアクチュエータでは、実際に変位を発生させるカシメ部材118とチューブ部材114の先端部114aの距離よりも、SMAワイヤ115の長さを長くすることができるので、十分に大きな変位を得ることが可能となる。また、アクチュエータの構成としてはSMAワイヤ115をチューブ部材114に通しただけの単純な構造であり、非常に細い径で大きな力を発生させることが可能である。
【0021】
このため、SMAワイヤ115の両端に取り付けた細径の配線に電流を流すと、第1湾曲部103はコイルバネ107の軸方向(長手方向)中心を中立軸としてチューブ取り付け部116と突出部117の方向に湾曲し、SMAワイヤ115の両端に取り付けた細径の配線に電流を流すことを停止すると、コイルバネ107の弾性によってSMAワイヤ115が引き延ばされ、結果として第1湾曲部103は直線形状となる。また、SMAワイヤ115に流す電流を適正な値に制御することによって、第1湾曲部103を所定の湾曲角に制御することも可能である。
【0022】
第2湾曲部104、第3湾曲部105、第4湾曲部106も同様な構成となっており、各々の湾曲部104、105、106にアクチュエータ113と同様な構成のアクチュエータが配置されている。ここで、4つのアクチュエータはコイルバネ107の周方向に90度ずつ異なる部位に配置されていることから、各々のアクチュエータを独立に制御することによって後方チューブ102に対して前方チューブ101を任意の方向に湾曲させることが可能である。
【0023】
このように、本実施例の湾曲機構では、湾曲部をコイルバネで構成し、その外周に非常に径が細く、なおかつ十分な変位量が得られるアクチュエータを配置することになるので、結果として細径で湾曲長の小さな湾曲機構を、簡単かつ安価で、製造容易な構成として提供することができる。更に4つの湾曲部の動作が完全に独立していることから制御が容易である利点も有する。加えて、4つのアクチュエータを同時に収縮させることによって、後方チューブ102に対して前方チューブ101の方向をほぼ並行に保った上で前方チューブ101をコイルバネ107の軸方向に変位させることも可能である。このような動作は通常のアングルワイヤを用いた湾曲機構では困難である。
【実施例2】
【0024】
本発明の実施例2について図4を用いて説明する。なお、実施例2の湾曲機構の全体的な構成は、実施例1で説明したものと略同様で、図4で示される部分が異なっている。図4に示すように、前方リンク部材201と後方リンク部材202の間に位置する湾曲部はコイルバネ203で構成されており、その外周にはアクチュエータ204が配置されている。
【0025】
本実施例に係るアクチュエータ204はチューブ部材205とそれに内挿されたSMAワイヤ206で構成され、チューブ部材205の先端部は後方リンク部材202のチューブ取り付け部208において接着等によって固定され、SMAワイヤ206の先端は前方リンク部材201の突出部209に形成された貫通孔に挿入され、貫通した部位よりも前方でカシメ部材207が取り付けられている。ここでカシメ部材207の径は突出部209の貫通孔よりも大きいものとする。
【0026】
ここでアクチュエータ204が駆動され、カシメ部材207とチューブ部材205の間の距離が短くなると、前方リンク部材201と後方リンク部材202の間のコイルバネ203が、当該コイルバネ203の軸方向(長手方向)中心を挟んでカシメ部材207及びチューブ部材205の反対側で引っ張られることになり、結果としてコイルバネ203はチューブ取り付け部208付近を基点として突出部209の突出方向に湾曲することになる。
【0027】
ここでは一つのアクチュエータについてのみ説明・付番したが、図4から判るように前方リンク部材201と後方リンク部材201の間にはコイルバネ203の周方向に90度ずつ異なる部位に4つのアクチュエータが配置されている。これら4つのアクチュエータは互いに独立して駆動することが可能で、特定のアクチュエータを駆動することによって、後方リンク部材202に対して前方リンク部材201をコイルバネ203の軸方向中心を中立軸として当該アクチュエータが配置されている方向に湾曲させることが可能である。また、隣り合う2つのアクチュエータを所定の変位量に制御することで任意の方向に湾曲させることもできる。更に4つのアクチュエータを同時に駆動することで、前方リンク部材201を後方リンク部材202に対して、コイルバネ203の軸方向に変位させることも可能である。
【0028】
このように、本実施例の湾曲機構では、湾曲部をコイルバネで構成し、その外周に非常に径が細く、なおかつ十分な変位量が得られるアクチュエータを複数配置することになるので、結果として細径で湾曲長の小さな湾曲機構を、簡単かつ安価で、製造容易な構成として提供することができる。加えて、4つのアクチュエータを同時に収縮させることによって、湾曲部の軸方向に変位させることも可能である。このような動作は通常のアングルワイヤを用いた湾曲機構では困難である。
【実施例3】
【0029】
本発明の実施例3について図5を用いて説明する。
実施例3に係る湾曲機構は、図5に示すように、前方チューブ310と後方チューブ320の間に、軸方向単位長さ当りの巻き数が比較的多い(即ち、バネピッチが比較的小さい)密部303aと、軸方向単位長さ当りの巻き数が比較的少ない(即ち、バネピッチが比較的大きい)粗部303bと、を交互に備えるコイルバネ303が配設され、該コイルバネ303の外周にアクチュエータ304が配置されている。なお、前記密部303aは、所定の負荷が作用するまで各巻線が軸方向において相互に密着するように構成されることができる。
【0030】
本実施例に係るアクチュエータ304は、チューブ部材305とそれに内挿されたSMAワイヤ306で構成され、チューブ部材305の先端部は密部303a’に接着等によって固定され、SMAワイヤ306の先端はカシメ部材307により密部303aに属する少なくとも一条の巻き線に取り付けられている。
【0031】
即ち、本実施例においては、実施例1や実施例2において説明した各リンク部材が省略され、これらの代わりとして、コイルバネ303に設けた密部(図5において、303a、303a’など)を利用する構成となっている。
【0032】
ここでアクチュエータ304が駆動され、カシメ部材307とチューブ部材305の間の距離が短くなると、前記密部303aと前記密部303a’の間のコイルバネ303の粗部303bが、当該コイルバネ303の軸方向(長手方向)中心を挟んでカシメ部材307及びチューブ部材305の反対側で引っ張られることになり、結果としてコイルバネ303はチューブ部材305の密部303a’への取り付け部付近を基点としてカシメ部材307の方向に湾曲することになる。
【0033】
ここでは一つのアクチュエータについてのみ説明・付番したが、図5から判るように複数の密部及び粗部が交互に備えられ、例えば、コイルバネ303の周方向に90度ずつ異なる部位に4つのアクチュエータを配置することができる。これら4つのアクチュエータは互いに独立して駆動することが可能で、特定のアクチュエータを駆動することによって、コイルバネ303の軸方向中心を中立軸として当該アクチュエータが配置されている方向に湾曲させることが可能である。また、隣り合う2つのアクチュエータを所定の変位量に制御することで任意の方向に湾曲させることもできる。更に4つのアクチュエータを同時に駆動することで、前記密部303aを前記密部303a’に対して、コイルバネ303の軸方向に変位させることも可能である。
【0034】
このように、本実施例の湾曲機構では、湾曲部をコイルバネで構成し、その外周に非常に径が細く、なおかつ十分な変位量が得られるアクチュエータを複数配置することになるので、結果として細径で湾曲長の小さな湾曲機構を、簡単かつ安価で、製造容易な構成として提供することができる。加えて、4つのアクチュエータを同時に収縮させることによって、湾曲部の軸方向に変位させることも可能である。このような動作は通常のアングルワイヤを用いた湾曲機構では困難である。
【0035】
上記各実施例では、コイルバネを用いて説明したが、本発明はコイルバネに限定されるものではなく、所定の復元力を有するゴム、シリコン、その他の樹脂などからなる他の弾性体を用いることができる。その際には、中空の円柱、角柱、その他の適宜の断面形状を有する弾性体とすることができる。また、上記各実施例では、アクチュエータを構成するワイヤ状部材として、加熱により収縮するタイプのものを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、加熱により伸張するタイプのものをワイヤ状部材として用いることができる。
【0036】
また、本発明を例えばカテーテルに応用する場合を考える。カテーテルは、内部に内蔵物が比較的少ない。このため、挿入が困難な部位へカテーテルを挿入するとき、先端部を縮めることができることは好ましい。
【産業上の利用可能性】
【0037】
以上のように、本発明にかかる湾曲機構は、細径で短い湾曲長が要求される湾曲機構として有用であり、特に、医療用のカテーテル、内視鏡などに用いられる湾曲機構に適している。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明の実施例1に係る湾曲機構の斜視図である。
【図2】同上実施例に係る湾曲機構を構成する第1湾曲部の拡大図である。
【図3】同上実施例に係るアクチュエータを説明するための図である。
【図4】本発明の実施例2に係る湾曲機構を説明するための図である。
【図5】発明の実施例3の湾曲機構の先端部近傍の拡大図である。
【図6】従来の湾曲機構を説明するための図である。
【符号の説明】
【0039】
107、203、303 コイルバネ
108、201 前方リンク部材
109、202 後方リンク部材
110、111、112 中間リンク部材
113、204、304 アクチュエータ
114、205、305 チューブ部材
115、206、306 形状記憶合金ワイヤ(本発明のワイヤ状部材に相当)
116、208 チューブ取り付け部
117、209 突出部
118、207、307 カシメ部材
【出願人】 【識別番号】000000376
【氏名又は名称】オリンパス株式会社
【出願日】 平成18年7月21日(2006.7.21)
【代理人】 【識別番号】100123962
【弁理士】
【氏名又は名称】斎藤 圭介


【公開番号】 特開2008−23089(P2008−23089A)
【公開日】 平成20年2月7日(2008.2.7)
【出願番号】 特願2006−199301(P2006−199301)