JP2000135288A

JP2000135288A - 筒状運動素子

Info

Publication number: JP2000135288A
Application number: JP10311385A
Authority: JP
Inventors: Shigenao Maruyama; 重直圓山; Yoshikatsu Tanahashi; 善克棚橋; Makoto Yamada; 誠山田
Original assignee: Tohoku Electronic Industrial Co Ltd
Current assignee: Tohoku Electronic Industrial Co Ltd
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】所要の方向に屈曲又は回転させることがで
き、応答速度が速い筒状運動素子を構成することが困難
であった。【解決手段】形状記憶合金からなる複数の作動部１
７、１８は、高温時の形状と低温時の形状が記憶されて
いる。これら作動部１７、１８の近傍には、Ｐ型ペルチ
ェ素子２３３、Ｎ型ペルチェ素子２４３が交互に配置さ
れている。これらＰ型ペルチェ素子２３３、Ｎ型ペルチ
ェ素子２４３は発熱部と吸熱部が同一位置となるよう
に、電極２５によりジグザグに直列接続されている。こ
れらペルチェ素子を選択的に通電することにより、作動
部１７、１８を所要の方向に変形させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば内視鏡やカ
テーテル等に適用される形状記憶合金と熱電変換素子を
用いた筒状運動素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、従来のカテーテルは、操作者の
意図に応じた方向に変形するような能動性を有していな
い。このため、屈曲した人体内の管腔臓器、例えば尿道
や尿管等にカテーテルを挿入する際に対象臓器を損傷き
せる危険性があった。

【０００３】また、複数の細いワイヤーを用いて先端部
を屈曲させる構造のカテーテルも開発されている。しか
し、このようなカテーテルは屈曲する部位が固定されて
おり、さらにカテーテル内に処置具を挿入した場合に屈
曲状態を保持するだけの有効なトルクを有していないな
どの問題点があった。しかも、現状のカテーテルはワイ
ヤーを用いてカテーテルの先端部をカテーテルの長軸と
直交方向へ屈曲させる場合は特に問題はないが、先端部
を長軸の周囲方向に回転させる場合は、手元でカテーテ
ル全体を回転しなければならない。その際、カテーテル
の途中の部分が内蔵組織に接しているため、摩擦などに
よりスムーズな回転動作を行うことが困難であり、しか
も、内蔵組織を損傷する虞を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、マイクロマシン
の技術を用いた能動カテーテルが開発されている。この
能動カテーテルは形状記憶合金をヒータと組合わせたも
のである。

【０００５】しかし、マイクロマシンの技術を用いた能
動カテーテルは形状記憶合金をヒータにより電気的に加
熱しているため、消費電力が大きくかつ変形力が小さ
い。しかも、ジュール熱の発生が大きいため、生体に与
える負担が大きいという問題を有している。また、この
方式の場合、形状記憶合金の冷却は自然放冷であるた
め、形状記憶合金の応答速度が遅く、操作性が劣るとい
う問題を有している。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、所要の方向
に屈曲又は回転させることが可能であり、しかも、応答
速度が速い筒状運動素子を提供しようとするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の筒状運動素子
は、上記課題を解決するため、高温時の形状が記憶され
た線状の形状記憶合金からなる複数の作動部と、これら
作動部の各相互間に配置され、通電方向に応じて発熱又
は吸熱する複数の熱電変換素子と、これら熱電変換素子
と前記作動部を保持し、中央部に空洞を有する筒状の保
持体とを具備している。

【０００８】また、本発明の筒状運動素子は、リング状
の第１の保持体と、この第１の保持体より径が小さいリ
ング状の第２の保持体が同心状に配置された第１のアク
チュエータ部と、前記第１のアクチュエータ部の軸上に
配置され、リング状の第３の保持体と、この第３の保持
体より径が小さいリング状の第４の保持体が同心状に配
置された第２のアクチュエータ部とを有し、前記第１の
アクチュエータ部は前記第１、第２の保持体の相互間に
保持され、高温時に軸と直交方向に変形する形状が記憶
された線状の形状記憶合金からなる複数の第１の作動部
と、これら第１の作動部の各相互間に配置され、通電方
向に応じて発熱又は吸熱する複数の第１の熱電変換素子
とを有し、前記第２のアクチュエータ部は前記第３、第
４の保持体の相互間に保持され、高温時に軸の接線方向
に変形する形状が記憶された線状の形状記憶合金からな
る複数の第２の作動部と、これら第２の作動部の各相互
間に配置され、通電方向に応じて発熱又は吸熱する複数
の第２の熱電変換素子とを具備している。

【０００９】前記第１、第２のアクチュエータ部はカテ
ーテルに配置されている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１１】図１、図２は本発明の第１の実施例を示す
ものであり、細線状の形状記憶合金と熱電変換素子とし
てのペルチェ素子を用いて筒状運動素子を構成した例を
示している。この筒状運動素子は、電流の供給方向及び
電流量に応じて、所要の方向に曲げたり回転させること
が可能とされている。

【００１２】図１、図２に示す筒状運動素子１１は軸方
向先端部に第１のアクチュエータ部１２が設けられ、こ
の第１のアクチュエータ部１２の基部に第２のアクチュ
エータ部１３が配置されている。これら第１、第２のア
クチュエータ部１２、１３の相互間にはスペーサ１４が
設けられている。第１のアクチュエータ部１２は後述す
るように、軸と直交方向に屈曲するように構成され、第
２のアクチュエータ部１３は後述するように、軸の周囲
方向に回転可能に構成されている。

【００１３】上記第１のアクチュエータ部１２におい
て、スペーサ１４の上面には例えば４本の細線状の形状
記憶合金からなる作動部１５、１６、１７、１８の一端
部が固定されている。これら作動部１５〜１８は、高温
時の変形方向がそれぞれ図２（ｂ）に矢印で示すよう
に、作動部１５〜１８の中心方向となるように記憶さ
れ、低温時には弾性率が減少し曲げ易くなるように設定
されている。これら作動部１５〜１８を構成する形状記
憶合金としては、例えばＴｉＮｉ，Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ、
Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉを適用することが可能であるが、材質
はこれらに限定されるものではない。

【００１４】これら作動部１５〜１８には、複数の熱電
変換素子としての例えばＰ型ペルチェ素子を含む第１の
ペルチェ素子ユニットＰＵ１と、複数のＮ型ペルチェ素
子を含む第２のペルチェ素子ユニットＰＵ２とが軸方向
に所定間隔離間して交互に設けられている。

【００１５】図２（ａ）は第１のペルチェ素子ユニット
ＰＵ１を示している。第１のペルチェ素子ユニットＰＵ
１は熱伝導率の良好な複数の金属片１９、２０、２１、
２２を有している。作動部１５は金属片１９に貫通さ
れ、作動部１６は金属片２０に貫通され、作動部１７は
金属片２１に貫通され、作動部１８は２２に貫通されて
いる。金属片１９、２０、２１、２２の作動部１５〜１
８が貫通される貫通孔は作動部１５〜１８の径より若干
大きくされ、作動部１５〜１８が移動可能とされてい
る。これら貫通孔と作動部１５〜１８との間の隙間には
熱伝導を良好とするため、例えば図示せぬ熱伝導グリス
が塗布されている。

【００１６】前記金属片１９、２０、２１、２２の相互
間にはＰ型ペルチェ素子２３１、２３２、２３３、２３
４が設けられている。各Ｐ型ペルチェ素子２３１、２３
２、２３３、２３４の両端部には電極２５がそれぞれ配
置され、これら各電極２５と各金属片１９、２０、２
１、２２の相互間にはそれぞれ絶縁フィルム２６が配置
されている。

【００１７】前記金属片１９、２０、２１、２２、Ｐ型
ペルチェ素子２３１、２３２、２３３、２３４、金属電
極２５、絶縁フィルム２６等は、第１のプラスチックリ
ング２７、第２のプラスチックリング２８により固定さ
れる。第１のプラスチックリング２７は例えば熱収縮性
のプラスチックが用いられる。第１のプラスチックリン
グ２７と各ペルチェ素子の相互間にはスペーサ２９が配
置されている。

【００１８】一方、前記第２のペルチェ素子ユニットＰ
Ｕ２も第１のペルチェ素子ユニットＰＵ１とほぼ同様の
構成とされており、第１のペルチェ素子ユニットＰＵ１
におけるＰ型ペルチェ素子がＮ型ペルチェ素子に置き換
えられている点が相違している。

【００１９】前記複数の金属電極２５は、前記第１、第
２のペルチェ素子ユニットＰＵ１、ＰＵ２が図１に示す
ように、作動部１５〜１８に配置された状態でにおい
て、軸方向の同一位置に配置されたＰ型ペルチェ素子と
Ｎ型ペルチェ素子の発熱位置と吸熱位置が同一方向とな
るように、Ｐ型ペルチェ素子とＮ型ペルチェ素子とをジ
グザグに直列接続する。図１はＰ型ペルチェ素子２３３
とＮ型ペルチェ素子２４３とを含む列を示しているが、
Ｐ型ペルチェ素子２３１を含む列、Ｐ型ペルチェ素子２
３２を含む列、及びＰ型ペルチェ素子２３４を含む列も
同様の構成とされている。このように直列接続された複
数のペルチェ素子からなる列を以下、ペルチェ素子列と
呼ぶ。

【００２０】また、図１に示すように、前記絶縁フィル
ム２６は軸方向に連続して設けられている。これら絶縁
フィルム２６は熱伝導率が高く、フレキシブルな材質で
あればよい。このように、各ペルチェ素子と作動部１５
〜１８とは絶縁フィルム２６により電気的に絶縁され、
熱的に接続されている。

【００２１】また、図１に示すように、例えば第２のペ
ルチェ素子ユニットＰＵ２の金属片２２２には温度検出
素子としての例えば熱電対３０が設けられている。この
熱電対３０の配線３１は各金属片１９、２０、２１、２
２の軸方向同一位置に設けられた複数の凹部３２に配置
されている。熱電対の数及び配設位置は任意である。さ
らに、図１に示すように、前記作動部１５〜１８の他端
部には、例えばプラスチック製のスペーサ３３を介し
て、例えばリング状のコモン電極３４が設けられてい
る。このコモン電極３４は前記第２のプラスチックリン
グ２８とほぼ同等の径の透孔（図示せず）を有し、各ペ
ルチェ素子列の終端に位置する電極２５に接続されてい
る。

【００２２】一方、第２のアクチュエータ部１３は、第
１のアクチュエータ部１２とほぼ同様の構成であり、第
１のアクチュエータ部１２を軸周りに４５度回転した構
成となっている。第２のアクチュエータ部１３におい
て、第１のアクチュエータ部１２と異なるのは作動部３
５〜３８を構成する形状記憶合金の記憶方向である。こ
の場合、これら作動部３５〜３８は高温時において図２
（ｂ）に示すように、軸の接線方向に変形するように記
憶され、低温時において弾性率が減少し曲げ易くなるよ
うに設定されている。

【００２３】また、第２のアクチュエータ部１３を構成
する金属片の凹部３２には、第１のアクチュエータ部１
２の金属電極に接続された配線３９及び前記熱電対３０
の配線３１が配置されている。その他の構成は第１のア
クチュエータ部１２と同一構成であるため、同一部分に
は同一符号を付し説明は省略する。

【００２４】上記構成の筒状運動素子１１を能動カテー
テルに適用する場合、前記第１のプラスチックリング２
７の外部を例えば図示せぬフレキシブルなチューブによ
り被覆し、第２のプラスチックリング２８の内側を例え
ば図示せぬフレキシブルなチューブにより被覆するよう
にしてもよい。このようにして構成された能動カテーテ
ルは外径が例えば数ｍｍ程度であり、内径が１ｍｍ以上
の空洞部を有する筒状構造物となる。この空洞部に内視
鏡や処置具が挿入される。

【００２５】図３は、能動カテーテルの一例を示すもの
であり、カテーテル４１の先端に本発明の筒状運動素子
１１が一体的に設けられている。このような構成によれ
ば、筒状運動素子１１を所要の方向に変形させることに
より、カテーテルを生体の所要の部位に挿入することが
できる。この例において、筒状運動素子１１の第１のア
クチュエータ部１２と第２のアクチュエータ部１３は連
続して配置されているが、必ずしもその必要はなく、第
１のアクチュエータ部１２と第２のアクチュエータ部１
３とを離して配置してもよい。

【００２６】図４は、上記筒状運動素子１１の制御装置
を示している。制御部５１は制御装置全体の動作を制御
するものであり、例えばパーソナルコンピュータにより
構成されている。この制御部５１には操作部５２が接続
されている。この操作部５２は例えばジョイスティック
やキーボードにより構成され、制御部５１に例えば筒状
運動素子１１の運動方向、運動量を入力する。制御部５
１は操作部５２から供給された運動方向、運動量に基づ
いて、筒状運動素子１１の運動方向を示す第１の信号及
び運動量を示す第２の信号を生成し、素子駆動部５３に
供給する。素子駆動部５３は制御部から供給された第１
の信号に基づいて、筒状運動素子１１を構成する４列か
ら２つのペルチェ素子列を選択する選択部５３ａと、第
２の信号に基づいて、前記選択部５３ａにより選択され
たペルチェ素子列に供給する電流量を制御する電流制御
部５３ｂとにより構成されている。この素子駆動部５３
には前記筒状運動素子１１が接続され、この筒状運動素
子１１は素子駆動部５３から供給される電流により駆動
される。また、筒状運動素子１１の各所に設けられた熱
電対３０の出力信号は電流制御部５３ｂに供給され、電
流制御部５３ｂは、熱電対３０により検出された温度に
応じて、筒状運動素子１１の作動部１５〜１８、３５〜
３８が適正に動作するように電流量を制御する。

【００２７】図５は、前記第１のアクチュエータ部１２
の等価回路を示しており、図１、図２と同一部分には同
一符号を付す。前述したように第１のアクチュエータ部
１２は列方向に複数のＰ型ペルチェ素子とＮ型ペルチェ
素子が交互に配置され、これらペルチェ素子がジグザグ
に直列接続されている。各ペルチェ素子列Ｐ１、Ｐ２、
Ｐ３、Ｐ４の最上部の電極はコモン電極３４に接続さ
れ、最下部の電極はそれぞれ前記素子駆動部５３に接続
されている。素子駆動部５３はこれらペルチェ素子列Ｐ
１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４から２列を選択し、これら選択さ
れた２つのペルチェ素子列に所定の電流を供給する。
尚、第２のアクチュエータ部１３も同様の構成とされて
いる。

【００２８】図６は、前記素子駆動部５３の電流制御部
５３ｂとペルチェ素子列の関係を示している。この電流
制御部５３ｂは増幅器６１と、この増幅器６１の出力端
にベースが接続されたＮＰＮトランジスタ６２、ＰＮＰ
トランジスタ６３とから構成されている。トランジスタ
６２のコレクタには電源＋Ｖｃｃが供給され、トランジ
スタ６３のコレクタには電源−Ｖｃｃが供給されてい
る。これらトランジスタ６２、６３のエミッタは例えば
前記ペルチェ素子列Ｐ１に接続されている。

【００２９】この回路は、増幅器６１に正の電圧が供給
された場合、トランジスタ６３に多く電流が流れ、増幅
器６１に負の電圧が供給された場合、トランジスタ６２
に多く電流が流れる。このためペルチェ素子列に流れる
電流の方向、及び量を制御できる。

【００３０】図６に示す構成は、ペルチェ素子列毎にそ
れぞれ対応して設けられている。

【００３１】上記構成において、筒状運動素子１１の動
作について説明する。図７（ａ）（ｂ）は前記第１のア
クチュエータ１２の動作を示している。図７（ａ）は第
１のアクチュエータ１２を構成する作動部１５〜１８を
１本ずつ駆動する場合を示し、図７（ｂ）は第１のアク
チュエータ１２を構成する作動部１５〜１８を２本ずつ
駆動する場合を示している。

【００３２】図８（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は作動部１
５〜１８を１本ずつ駆動する場合の具体例を示してい
る。この場合、駆動する作動部の両側に位置する２つの
ペルチェ素子列を選択し、これら選択されたペルチェ素
子列の駆動する作動部側が高温となるように、２つのペ
ルチェ素子列に対する電流の向きを定める。例えば図８
（ａ）に示すように、作動部１５を駆動する場合、ペル
チェ素子列Ｐ１とＰ２を選択し、これらペルチェ素子列
Ｐ１とＰ２の作動部１５側が高温となるように、これら
ペルチェ素子列Ｐ１とＰ２に電流を供給する。

【００３３】すなわち、この場合、ペルチェ素子列Ｐ１
に供給された電流はコモン電極３４を介してペルチェ素
子列Ｐ２に供給される。この結果、ペルチェ素子列Ｐ
１、Ｐ２の作動部１５側が高温（図８にＨで示す）とな
り、作動部１５と反対側が低温（図８にＣで示す）とな
る。この高温部と低温部の位置は、Ｐ型ペルチェ素子も
Ｎ型ペルチェ素子の同様である。このようにペルチェ素
子列Ｐ１とＰ２を電流駆動することにより、作動部１５
を図示矢印方向に駆動することができ、第１のアクチュ
エータ部を同様に図示矢印方向に駆動することができ
る。

【００３４】他の作動部も図８（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示
すように電流の向きを設定することにより、図示矢印方
向に駆動することができる。

【００３５】図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は作動部１
５〜１８を２本ずつ駆動する場合の具体例を示してい
る。この場合、駆動する作動部に隣接する２つのペルチ
ェ素子列を選択し、これら選択されたペルチェ素子列の
駆動する作動部側が高温となるように、２つのペルチェ
素子列に対する電流の向きを定める。例えば図９（ａ）
に示すように、作動部１５、１６を駆動する場合、ペル
チェ素子列Ｐ２とＰ４を選択し、これらペルチェ素子列
Ｐ２とＰ４の作動部１５、１６側が高温となるように、
これらペルチェ素子列Ｐ２とＰ４に電流を供給する。

【００３６】すなわち、この場合、ペルチェ素子列Ｐ４
に供給された電流はコモン電極３４を介してペルチェ素
子列Ｐ２に供給される。この結果、ペルチェ素子列Ｐ
２、Ｐ４の作動部１５、１６側が高温（図９にＨで示
す）となり、作動部１５、１６と反対側が低温（図９に
Ｃで示す）となる。このようにペルチェ素子列Ｐ２とＰ
４を電流駆動することにより、作動部１５、１６を図示
細い矢印方向に駆動することができ、第１のアクチュエ
ータ部をこれら作動部１５、１６が発生する力の合力方
向（図示太い矢印方向）に駆動することができる。

【００３７】他の作動部も図９（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示
すように電流の向きを設定することにより、図示矢印方
向に駆動することができる。

【００３８】図７（ｃ）（ｄ）は前記第２のアクチュエ
ータ１３の動作を示している。図７（ｄ）は図７（ｃ）
に示す状態より第２のアクチュエータ１３を駆動した状
態を示している。

【００３９】第２のアクチュエータ１３を駆動する場合
も第１のアクチュエータ１２を駆動する場合と同様に、
２つのペルチェ素子列を選択し、これらに供給する電流
の方向を設定することにより、第２のアクチュエータ１
３を回動させる。

【００４０】図１０（ａ）は作動部３５〜３８を２本ず
つ駆動する場合の具体例を示している。この場合、駆動
する作動部に隣接する２つのペルチェ素子列を選択し、
これら選択されたペルチェ素子列の駆動する作動部側が
高温となるように、２つのペルチェ素子列に対する電流
の向きを定める。例えば図９（ａ）に示すように、第２
のアクチュエータ１３を時計方向に回動する場合、例え
ば作動部３５、３８を駆動する。この場合、例えばペル
チェ素子列Ｐ１とＰ４を選択し、これらペルチェ素子列
Ｐ１とＰ４の作動部３５、３８側が高温となるように、
これらペルチェ素子列Ｐ１とＰ４に電流を供給する。

【００４１】すなわち、この場合、ペルチェ素子列Ｐ１
に供給された電流はコモン電極３４を介してペルチェ素
子列Ｐ４に供給される。この結果、ペルチェ素子列Ｐ
１、Ｐ４の作動部３５、３８側が高温（図１０にＨで示
す）となり、作動部１５、１６と反対側が低温（図１０
にＣで示す）となる。このようにペルチェ素子列Ｐ１と
Ｐ４を電流駆動することにより、作動部３５、３８を図
示矢印方向に駆動することができ、第２のアクチュエー
タ部を時計回り方向に駆動することができる。

【００４２】また、第２のアクチュエータ部を反時計回
り方向に駆動する場合は、図１０（ｂ）に示すように、
例えばペルチェ素子列Ｐ３、Ｐ４を選択し、これらペル
チェ素子列Ｐ３、Ｐ４により作動部３６、３７を駆動す
ればよい。

【００４３】また、図８乃至図１０において、電流の向
きを逆とすることにより、ペルチェ素子の高温部と低温
部の位置関係を逆とすることができ、作動部を元の直線
状態に復帰することができる。さらに、電流量を制御す
ることにより、作動部の屈曲量、回動量を任意に制御で
きる。

【００４４】上記第１の実施例によれば、所定の熱変形
状態を記憶した形状記憶合金により構成された作動部１
５〜１８、３５〜３８の近傍に複数のペルチェ素子列Ｐ
１〜Ｐ４を配置し、これらペルチェ素子列Ｐ１〜Ｐ４を
選択的に動作して作動部１５〜１８、３５〜３８を駆動
している。ペルチェ素子は電流供給に応じて高速に温度
変化するため、作動部１５〜１８、３５〜３８の応答速
度を速くすることができる。しかも、作動部１５〜１
８、３５〜３８、ペルチェ素子列Ｐ１〜Ｐ４を筒状に配
置しているため、空洞部に処置具等を挿入することが可
能である。

【００４５】また、従来のヒータを用いた加熱の場合、
大きなジュール熱を発生する問題を有しているが、ペル
チェ素子の場合、発熱量が少ないため、生体組織に与え
る熱の影響を抑えることが可能である。

【００４６】さらに、第１の実施例の場合、軸と直交方
向に動作可能な第１のアクチュエータ部１２と、軸回り
に回動可能な第２のアクチュエータ部１３を有している
ため、これら第１、第２のアクチュエータ部１２、１３
の動作を組合わせることにより、あらゆる方向に運動さ
せることができる。このため、カテーテルを生体内の所
要の部位に容易に到達させることができる。しかも、カ
テーテル全体を回転することなく、先端部のみを回転す
ることができるため、カテーテルの摩擦による生体組織
への影響を防止することができる。

【００４７】尚、上記第１の実施例においては、４本の
作動部と４つのペルチェ素子列を組合わせてアクチュエ
ータ部を構成したが、これに限定されるものではない。

【００４８】図１１（ａ）は、本発明の第２の実施例を
示すものであり、３本の形状記憶合金からなる作動部７
１、７２、７３と、３つのペルチェ素子列７４、７５、
７６を組合わせてアクチュエータ部を構成した場合につ
いて示している。このような構成において、作動部７
１、７２、７３の記憶方向を適宜設定することにより、
第１の実施例における第１のアクチュエータ部、又は第
２のアクチュエータ部を構成することができる。したが
って、第２の実施例によっても第１の実施例と同様の効
果を得ることができる。

【００４９】図１１（ｂ）は、本発明の第３の実施例を
示すものであり、２つのペルチェ素子列８１、８２と、
２本の形状記憶合金からなる作動部８３、８４とにより
アクチュエータ部を構成している。このような構成にお
いて、作動部８３、８４の記憶方向を適宜設定すること
により、１方向又は２方向の屈曲動作を実現できる。図
１２は、本発明の第４の実施例を示している。この実施
例は第１のアクチュエータ部１２の他の駆動方法を示し
ている。この場合、４つのペルチェ素子列から３つを選
択し、これら選択されたペルチェ素子列に供給する電流
値を異ならせることにより、第１のアクチュエータ部１
２を任意の方向に屈曲可能としている。

【００５０】すなわち、図１２に示すように、例えばペ
ルチェ素子列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が選択され、これらペル
チェ素子列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３により作動部１５、１７が
駆動される。これらペルチェ素子列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に
は電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３が図示する方向に供給され、こ
れら電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の関係がＩ１＜Ｉ２＜Ｉ３に
設定されている。このため、作動部１５はペルチェ素子
列Ｐ１の発熱量とペルチェ素子列Ｐ２の吸熱量との差熱
により加熱され、作動部１７はペルチェ素子列Ｐ２、Ｐ
３からの発熱量の総和により加熱される。つまり、作動
部１７のほうが作動部１５より高温で加熱されるため、
作動部１７は作動部１５より大きく変形する。したがっ
て、第１のアクチュエータ部１２は作動部１７、１５が
発生する力の合力方向に屈曲される。

【００５１】上記第４の実施例によれば、ペルチェ素子
列に供給する電流値を異ならせることにより、第１のア
クチュエータ部１２を図８、図９に示す８方向以外の任
意の方向に屈曲することができる。このため、高精度の
運動を行うことが可能である。

【００５２】図１３（ａ）（ｂ）は、本発明の第５の実
施例を示すものである。この実施例は第２のアクチュエ
ータ部１３の他の例を示している。この実施例におい
て、作動部３５〜３８は高温時の形状をそれぞれ図示矢
印で示すように螺旋形状として記憶している。すなわ
ち、作動部３５、３８は例えば反時計方向、作動部３
６、３７は例えば時計方向に螺旋形状とされている。ま
た、ペルチェ素子列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は図示のよ
うに直列接続されており、４つのペルチェ素子列Ｐ１〜
Ｐ４を同時に駆動して２つの作動部を動作させるように
している。

【００５３】上記構成において、図１３（ａ）に示すよ
うに、ペルチェ素子列Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１、Ｐ２の順に電
流を流すと、ペルチェ素子列Ｐ１、Ｐ２により作動部３
５が加熱され、ペルチェ素子列Ｐ３、Ｐ４により作動部
３８が加熱される。このため、作動部３５、３８が反時
計方向に駆動されることにより、第２のアクチュエータ
部１３が反時計方向に回動される。

【００５４】一方、図１３（ｂ）に示すように、上記と
は逆にペルチェ素子列Ｐ２、Ｐ１、Ｐ４、Ｐ３の順に電
流を流すと、ペルチェ素子列Ｐ１、Ｐ４により作動部３
６が加熱され、ペルチェ素子列Ｐ２、Ｐ３により作動部
３７が加熱される。このため、作動部３６、３７が反時
計方向に駆動されることにより、第２のアクチュエータ
部１３が時計方向に回動される。

【００５５】上記第５の実施例によっても、第１の実施
例と同様に第２のアクチュエータ部１３を回動でき、第
１の実施例と同様の効果を得ることができる。しかも、
この実施例の場合、螺旋形状を記憶させた作動部３５〜
３８を使用しているため、第１の実施例に比べてスムー
スに第２のアクチュエータ部１３を回動することができ
る。

【００５６】尚、上記実施例では、本発明をカテーテル
に適用する場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、本発明を内視鏡、気管内送管チューブや
腹腔鏡先端部等に適用することも可能である。

【００５７】さらに、本発明は医用分野に限定されるも
のではなく、その他の産業分野に適用することも可能で
ある。

【００５８】その他、本発明の要旨を変えない範囲で種
々変形実施可能なことは勿論である。

【００５９】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、所要の方向に屈曲又は回転させることが可能であ
り、しかも、応答速度が速い筒状運動素子を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す一部切除した側面
図。

【図２】図２（ａ）は図１の２ａ−２ａ線に沿った断面
図、図２（ｂ）は図１の２ｂ−２ｂ線に沿った断面図。

【図３】本発明を用いた能動カテーテルの一例を示す外
観図。

【図４】本発明の制御装置を示す構成図。

【図５】図１に示す第１のアクチュエータ部１２を示す
等価回路図。

【図６】図４に示す制御装置の要部を示す回路図。

【図７】図７（ａ）（ｂ）は第１のアクチュエータの動
作を示す斜視図、図７（ｃ）（ｄ）は第２のアクチュエ
ータの動作を示す斜視図。

【図８】図８（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は第１のアクチ
ュエータの駆動方法の一例を示す概略図。

【図９】図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は第１のアクチ
ュエータの駆動方法の他の例を示す概略図。

【図１０】図１０（ａ）（ｂ）は第２のアクチュエータ
の駆動方法を示す概略図。

【図１１】図１１（ａ）は、本発明の第２の実施例を示
す概略図、図１１（ｂ）は、本発明の第３の実施例を示
す概略図。

【図１２】本発明の第４の実施例を示す概略図。

【図１３】図１３（ａ）（ｂ）は、本発明の第５の実施
例を示す概略図。

【符号の説明】

１１…筒状運動素子、１２、１３…第１、第２のアクチュエータ部、１５〜１８、３５〜３８、７１〜７３、８１、８２…形
状記憶合金からなる作動部、１９、２０、２１、２２…金属片、２３１、２３２、２３３、２３４…Ｐ型ペルチェ素子、２４３…Ｎ型ペルチェ素子、２５…金属電極、２６…絶縁フィルム、２７、２８…第１、第２のプラスチックリング３０…熱電対、４１…能動カテーテル、５１…制御部、５３…素子駆動部、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４…ペルチェ素子列。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者棚橋善克宮城県仙台市太白区八木山香澄町10−26 (72)発明者山田誠宮城県仙台市太白区向山２丁目36番４号東北電子産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温時の形状が記憶された線状の形状記
憶合金からなる複数の作動部と、これら作動部の各相互間に配置され、通電方向に応じて
発熱又は吸熱する複数の熱電変換素子と、これら熱電変換素子と前記作動部を保持し、中央部に空
洞を有する筒状の保持体とを具備することを特徴とする
筒状運動素子。
【請求項２】リング状の第１の保持体と、この第１の
保持体より径が小さいリング状の第２の保持体が同心状
に配置された第１のアクチュエータ部と、前記第１のアクチュエータ部の軸上に配置され、リング
状の第３の保持体と、この第３の保持体より径が小さい
リング状の第４の保持体が同心状に配置された第２のア
クチュエータ部とを有し、前記第１のアクチュエータ部は前記第１、第２の保持体
の相互間に保持され、高温時に軸と直交方向に変形する
形状が記憶された線状の形状記憶合金からなる複数の第
１の作動部と、これら第１の作動部の各相互間に配置され、通電方向に
応じて発熱又は吸熱する複数の第１の熱電変換素子とを
有し、前記第２のアクチュエータ部は前記第３、第４の保持体の相互間に保持され、高温時に
軸の接線方向に変形する形状が記憶された線状の形状記
憶合金からなる複数の第２の作動部と、これら第２の作動部の各相互間に配置され、通電方向に
応じて発熱又は吸熱する複数の第２の熱電変換素子とを
具備することを特徴とする筒状運動素子。
【請求項３】前記第１、第２のアクチュエータ部はカ
テーテルに配置されることを特徴とする請求項２記載の
筒状運動素子。