JP2002250272A - Oscillating structure body - Google Patents

Oscillating structure body

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JP2002250272A
JP2002250272A JP2001045297A JP2001045297A JP2002250272A JP 2002250272 A JP2002250272 A JP 2002250272A JP 2001045297 A JP2001045297 A JP 2001045297A JP 2001045297 A JP2001045297 A JP 2001045297A JP 2002250272 A JP2002250272 A JP 2002250272A
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Japan
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shape memory
memory member
actuator
coil spring
swing
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JP2001045297A
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Japanese (ja)
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Manabu Murayama
学 村山
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To impart a new constitution for improving a heat radiation property to an actuator using a shape memory member. SOLUTION: The actuator 100 (the other one 101) having the shape memory member 1 (the other one 11) as a driving source is provided along a longitudinal direction of a lengthy substance A having oscillating parts A2-A3. The oscillating parts carry out an oscillating action by an action of the shape memory member. One or more heat conductive wire materials 4 are provided along the shape memory member and is extended to an area other than an area where the shape memory member 1 exists to cool the shape memory member.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、カテーテルなどに
応用されるマイクロマシンの技術分野に属し、特に、細
径で長尺の形状記憶部材を駆動源として用いた、首振り
運動用のアクチュエータの構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of micromachines applied to catheters and the like, and more particularly, to the structure of an actuator for swinging motion using a thin and long shape memory member as a driving source. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】内視鏡や、血管内などに挿入される多機
能カテーテル等、被検物の奥深い部分にまで到達させて
その先端部分で作業を行うような極細長尺の器具には、
手元側の操作によって、先端部に屈曲や捩れなど種々の
首振り動作をさせるための小型のアクチュエータが搭載
される。このようなアクチュエータは、前記極細長尺の
器具内に配置し得るよう細長く構成されるが、その代表
的な構成として、形状記憶合金コイルなどの形状記憶部
材の復元力を駆動源として用いたものが挙げられる。
2. Description of the Related Art Ultra-fine and long instruments such as endoscopes and multifunctional catheters to be inserted into blood vessels, etc., which reach a deep part of a test object and work at the tip thereof, include:
A small actuator for performing various swinging operations, such as bending and twisting, is mounted on the distal end portion by an operation on the hand side. Such an actuator is configured to be elongated so that it can be disposed in the ultra-fine elongated instrument. A typical configuration thereof uses a restoring force of a shape memory member such as a shape memory alloy coil as a drive source. Is mentioned.

【0003】形状記憶部材を用いた構成のなかでも、例
えば、特開平10−216238号公報等に見られるよ
うに、形状記憶部材の伸縮動作を利用し、器具の先端部
分を糸状物で引っ張ることによって屈曲させる構成は、
器具の可撓性を損なわず、かつアクチュエータの機構全
体を細径化することが可能である。
[0003] Among the configurations using a shape memory member, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-216238, the distal end portion of an instrument is pulled with a thread-like material by utilizing the expansion and contraction operation of the shape memory member. The configuration to bend by
It is possible to reduce the diameter of the entire mechanism of the actuator without impairing the flexibility of the device.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のようなアクチュ
エータでは、形状記憶部材(特に形状記憶合金コイル)
とバイアス用コイルとを拮抗するように組み合せ、形状
記憶部材に対する加熱/非加熱によって、繰り返しの往
復動作を可能としている。即ち、形状記憶部材を加熱す
ると、形状記憶効果による復元力がバイアス用コイルと
の拮抗を破ってある方向への復元動作が行われ、加熱を
止めて温度降下させると形状記憶部材の復元力は失せ、
変形を受けていたバイアス用コイルの復元力が打ち勝っ
て、元の位置に戻るという動作である。
In the above actuator, a shape memory member (particularly, a shape memory alloy coil) is used.
And a bias coil are combined so as to oppose each other, and repetitive reciprocating operation is enabled by heating / non-heating the shape memory member. In other words, when the shape memory member is heated, the restoring force due to the shape memory effect breaks the antagonism with the bias coil, and a restoring operation in a certain direction is performed. Lose
This is an operation in which the restoring force of the bias coil that has been deformed overcomes and returns to the original position.

【0005】一方、内視鏡やカテーテルなどの器具の細
径化のために、上記アクチュエータは可能な限り細くす
ることが求められている。このような要求に応じるべ
く、本発明者がアクチュエータのさらなる細径化を検討
したところ、次の問題が存在することがわかった。
On the other hand, in order to reduce the diameter of instruments such as endoscopes and catheters, it is required to make the actuator as thin as possible. In order to meet such a demand, the present inventor examined further reduction in the diameter of the actuator, and found that the following problem existed.

【0006】その問題とは、アクチュエータの細径化を
図ると、動作のための主機構のスペースが優先され、十
分な冷却機構が搭載できなくなるために、加熱を止めて
温度を降下させるときの冷却方法が単なる自然放熱とな
って、アクチュエータの機構内部に熱がこもり易くなる
という問題である。アクチュエータの機構内部に熱がこ
もり易くなると、加熱を止めても速やかに温度が降下し
なくなり、動作時間(繰り返しの動作における1サイク
ルの所要時間)が冷却時間によって制限され、一定以上
のすばやい繰り返し動作が達成できなくなる。
The problem is that when the diameter of the actuator is reduced, the space for the main mechanism for operation is prioritized and a sufficient cooling mechanism cannot be mounted. Therefore, when the heating is stopped to lower the temperature. There is a problem that the cooling method is simply natural heat radiation and heat is easily stored inside the mechanism of the actuator. If the heat easily accumulates inside the actuator mechanism, the temperature will not drop immediately even if the heating is stopped, and the operation time (the time required for one cycle in repeated operation) will be limited by the cooling time, and the operation will be repeated more than a certain amount of time. Cannot be achieved.

【0007】本発明の課題は、上記問題を解決し、形状
記憶部材を用いたアクチュエータに、放熱性を改善する
ための新たな構成を付与することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a new structure for improving heat radiation to an actuator using a shape memory member.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、次の特徴を有
するものである。 (1)首振り可能な部分を有する長尺物の長手方向に沿
って、形状記憶部材を駆動源として有するアクチュエー
タが設けられ、前記首振り可能な部分が形状記憶部材の
動作によって首振り動作を行なうよう構成されており、
形状記憶部材に沿って熱伝導用線材が1以上設けられ、
該熱伝導用線材が、形状記憶部材が存在する領域以外の
領域まで長尺物に沿って延びていることを特徴とする首
振り構造体。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has the following features. (1) An actuator having a shape memory member as a drive source is provided along a longitudinal direction of a long object having a swingable portion, and the swingable portion performs a swing operation by an operation of the shape memory member. Is configured to do
One or more heat conducting wires are provided along the shape memory member,
A swing structure, wherein the heat conducting wire extends along a long object to a region other than a region where the shape memory member exists.

【0009】(2)上記首振り可能な部分が、長尺物の
先端部近傍に位置しており、アクチュエータが首振り可
能な部分に隣接しており、熱伝導用線材が、アクチュエ
ータよりも手元部側の領域まで、または長尺物の手元部
まで、または長尺物の手元部を経て外部まで延びている
ものである、上記(1)記載の首振り構造体。
(2) The swingable portion is located near the tip of the long object, the actuator is adjacent to the swingable portion, and the heat conducting wire is closer than the actuator. The swing structure according to the above (1), wherein the swing structure extends to the region on the side of the part, to the hand of the long object, or to the outside via the hand of the long object.

【0010】(3)熱伝導用線材が、直径0.05mm
〜1.0mmの金属線である、上記(1)記載の首振り
構造体。
(3) The heat conducting wire is 0.05 mm in diameter.
The swing structure according to the above (1), wherein the swing structure is a metal wire of about 1.0 mm.

【0011】(4)アクチュエータが、形状記憶合金コ
イルバネとバイアス用コイルバネとが互いに拮抗するよ
う接続され、形状記憶合金コイルバネへの加熱/非加熱
に応じて伸縮動作をし得るよう構成されたものであっ
て、該アクチュエータは、直接または牽引ワイヤーを介
して、首振り可能な部分の両端間を連結するように長尺
物に取り付けられ、該アクチュエータの伸縮動作によっ
て首振り可能な部分が首振り動作を行う構成とされてい
る、上記(1)記載の首振り構造体。
(4) The actuator is configured such that the shape memory alloy coil spring and the bias coil spring are connected so as to oppose each other, and are capable of performing expansion and contraction operations in accordance with heating / non-heating of the shape memory alloy coil spring. The actuator is attached to the elongated object directly or via a pulling wire so as to connect both ends of the swingable portion, and the swingable portion is moved by the expansion and contraction operation of the actuator. The swing structure according to the above (1), wherein the swing structure is configured to perform the following.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明による首振り構造体は、図
1に構成の一例を示すとおり、駆動面の構成として、長
尺物Aの長手方向に沿って、アクチュエータ(100、
101)が設けられる。長尺物Aは、カテーテル、内視
鏡など後述の機能を有する管状(または線状)部材であ
って、その一区間が、首振り動作を行わせるべき屈曲
(または捩れ)が可能な部分(A2〜A3)となってい
る。以下、この首振り可能な部分を、「首振り部」と呼
んで説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIG. 1, a swing structure according to the present invention has an actuator (100,
101) is provided. The long object A is a tubular (or linear) member having a function to be described later such as a catheter or an endoscope, and one section thereof can be bent (or twisted) to be swung (or twisted) ( A2 to A3). Hereinafter, the swingable portion will be referred to as a “swinging portion” and described.

【0013】アクチュエータは、形状記憶部材1を駆動
源として有するものであり、首振り部において首振り動
作が行われるように、長尺物Aに取り付けられている。
形状記憶部材1は、加熱手段(図示せず)によって加熱
され、原形状への復帰動作(収縮または伸長)を発現し
て、首振り部に所望の変形をもたらす。
The actuator has the shape memory member 1 as a drive source, and is attached to the long object A so that the swing operation is performed at the swing portion.
The shape memory member 1 is heated by a heating unit (not shown), and performs a return operation (shrinkage or extension) to the original shape to bring a desired deformation to the swing part.

【0014】本発明では、上記の首振り動作のための機
構に加えて、熱伝導性を有する材料からなる熱伝導用線
材4を、形状記憶部材1に沿って1以上設けることを特
徴とする。図では、熱伝導用線材を、他の描画線と区別
するために二点鎖線で表現している。該熱伝導用線材4
は、形状記憶部材1が存在する区間から、それ以外の区
間、特に手元側の適当な部位、さらには器具の外部へ、
長尺物Aに沿って延びるように設置される。
The present invention is characterized in that one or more heat conducting wires 4 made of a material having thermal conductivity are provided along the shape memory member 1 in addition to the mechanism for the swing operation described above. . In the drawing, the heat conducting wire is represented by a two-dot chain line to distinguish it from other drawing lines. The heat conducting wire 4
From the section where the shape memory member 1 is present, to other sections, particularly to an appropriate part on the hand side, and further to the outside of the instrument,
It is installed so as to extend along the long object A.

【0015】上記構成とすることによって、熱伝導用線
材は、加熱された状態の形状記憶部材から熱を吸収し外
部領域まで伝導し、そこで放熱する。これによって、形
状記憶部材は、加熱停止時点から速やかに冷却され、す
ばやい繰り返し動作が可能となる。しかも、線材という
細く柔軟な形態のものを集合させて用いる構成としたこ
とによって、器具内に微細なスペースしか残されていな
くても、またそのスペースが長手方向に沿って変動して
も、線材を、束ね分散させ経路を歪曲させて、自在に各
部のスペースに対応させながら管内を通過させることが
できるので、器具の細径化にも対応できる。さらには、
細径の線材同士が互いを拘束しない構成が可能であるか
ら、線材全体を曲げるのに要する力は、個々の細線を曲
げる力の和にしかすぎず、器具にとって必要な柔軟性を
損なうことがない。
With this configuration, the heat conducting wire absorbs heat from the heated shape memory member, conducts the heat to the external region, and radiates heat there. As a result, the shape memory member is quickly cooled from the time when the heating is stopped, so that a quick repetitive operation is possible. In addition, by using a configuration in which thin and flexible forms of wires are used as a group, even if only a fine space is left in the device, and even if the space fluctuates along the longitudinal direction, the wire is used. Can be bundled and dispersed, the path can be distorted, and can be passed through the inside of the pipe while freely corresponding to the space of each part. Moreover,
Since it is possible to have a configuration in which small diameter wires do not restrain each other, the force required to bend the entire wire is only the sum of the bending forces of the individual fine wires, which may impair the flexibility required for the device. Absent.

【0016】熱伝導用線材の材料は、本発明の目的が達
成される程度の熱伝導性を有するものであればよく、金
属が好ましいものとして挙げられる。なかでも、熱伝導
率が高いものが好ましく、このような材料としては、A
g、Cu、Auなどが挙げられる。
The material of the heat conducting wire may be any material having heat conductivity sufficient to achieve the object of the present invention, and a metal is preferred. Above all, those having high thermal conductivity are preferable.
g, Cu, Au and the like.

【0017】熱伝導用線材の線形は、器具の管内径や、
当該首振り構造体の構造などにもよるが、上記金属材料
を用いるとして、直径50μm〜300μm程度が有用
である。
The shape of the heat conducting wire is determined by the inner diameter of the pipe of the device,
Although it depends on the structure of the swinging structure, a diameter of about 50 μm to 300 μm is useful when the above metal material is used.

【0018】熱伝導用線材の本数は限定されないが、熱
伝導性を高める目的が達成されるまでスペースの許す限
りできるだけ数多く設けることが好ましい。ただし、柔
軟性を低下させない範囲であることが好ましく、また、
それ以上本数を増加しても放熱性が向上しないような平
衡状態があれば、その範囲内とすることが好ましい。例
えば、図2に示すように、外径3mm程度の外装チュー
ブ内に種々の機構が収められてなる内視鏡装置におい
て、内視鏡本来の機能を果たすための管状の長尺物A
(ファイバ、ルーメン、ワーキングチャンネル等が内蔵
されている)の外径を1mm程度とし、これと外装チュ
ーブとの間隙にアクチュエータ100を一対設けるとし
た場合、AgやCuからなる直径0.1μm〜0.2μ
m程度の線材を、10本〜40本程度配置する構成が挙
げられる。この程度の範囲内であれば、細径化された構
造内で、熱伝導性の向上と、柔軟性の維持とを高度に両
立させることができる。
Although the number of heat conducting wires is not limited, it is preferable to provide as many as possible as long as the space permits, until the purpose of increasing the heat conductivity is achieved. However, it is preferable that the flexibility is not reduced, and
If there is an equilibrium state in which the heat dissipation does not improve even if the number is further increased, it is preferable to be within the range. For example, as shown in FIG. 2, in an endoscope apparatus in which various mechanisms are housed in an outer tube having an outer diameter of about 3 mm, a tubular long object A for fulfilling the original function of the endoscope.
When the outer diameter of the fiber (lumen, working channel, etc.) is set to about 1 mm, and a pair of actuators 100 are provided in a gap between the outer diameter and the outer tube, a diameter of 0.1 μm to 0 .2μ
A configuration in which about 10 to 40 wires of about m are arranged. Within this range, it is possible to achieve a high degree of compatibility between the improvement in thermal conductivity and the maintenance of flexibility in the reduced diameter structure.

【0019】熱伝導用線材は、形状記憶部材から効率良
く熱を奪って他の領域へ伝導し、効率よく十分に放熱す
るよう配置すべきである。よって、熱伝導用線材のう
ち、形状記憶部材に沿わせる側は、形状記憶部材の全長
にわたって沿っているように設けることが好ましく、ま
た、形状記憶部材の全長を十分に包含するように配置し
てもよい。また、該熱伝導用線材の他端側は、少なくと
も放熱が速やかに行われる程度の長さまで、形状記憶部
材から外へ延びていることが好ましい。形状記憶部材に
対する繰り返しの加熱に伴い、放熱領域にも熱が蓄積し
ていくことを避けるために、放熱領域の熱容量が十分に
大きくなるよう、熱伝導用線材の延長量も十分に長く取
っておくことが好ましい。例えば、上記首振り部が、長
尺物の先端部近傍にあって、アクチュエータが首振り部
の手元部側などに隣接して設けられている場合、熱伝導
用線材を、長尺物の手元部まで、さらには長尺物の手元
部を経て外部まで延長する態様が挙げられる。
The heat conducting wire should be arranged so as to efficiently take heat from the shape memory member and conduct it to other regions, and to radiate heat efficiently and sufficiently. Therefore, of the heat conducting wire, the side along the shape memory member is preferably provided along the entire length of the shape memory member, and is arranged so as to sufficiently cover the entire length of the shape memory member. You may. Further, it is preferable that the other end of the heat conducting wire extends outward from the shape memory member at least to such a length that heat is quickly dissipated. In order to prevent heat from accumulating in the heat dissipation area due to repeated heating of the shape memory member, make the heat conduction wire large enough so that the heat capacity of the heat dissipation area is sufficiently large. Preferably. For example, when the swing part is near the distal end of the long object and the actuator is provided adjacent to the hand part side of the swing part, the heat conducting wire is placed near the long object. To the outside, and further to the outside through the hand of the long object.

【0020】熱伝導用線材を形状記憶部材に沿って設け
る場合、熱を直接吸収する点では、熱伝導用線材を、で
きるだけ形状記憶部材に接近するよう設置することが好
ましい。また、これに加えて、図1に現れている6本の
線材のうちの中央の2本のように、形状記憶部材から長
尺物の胴体表面に沿って周方向に離れた位置にも設け、
アクチュエータの部位全体にこもる熱を排除する構成と
してもよい。
When the heat conducting wire is provided along the shape memory member, it is preferable to install the heat conducting wire as close as possible to the shape memory member in terms of directly absorbing heat. In addition, in addition to the above, it is also provided at a position circumferentially separated from the shape memory member along the body surface of the long object, such as the center two of the six wires shown in FIG. ,
It is good also as a structure which removes the heat which remains in the whole site | part of an actuator.

【0021】形状記憶部材に対する加熱方法のなかに
は、形状記憶部材自体に通電する場合があるので、その
ような場合には、短絡を防止するための絶縁被膜を適宜
設けるなど、適当な絶縁対策を施せばよい。
In some heating methods for the shape memory member, the shape memory member itself may be energized. In such a case, an appropriate insulating measure such as providing an insulating coating for preventing a short circuit may be taken. I just need.

【0022】図1の例における熱伝導用線材4は、形状
記憶部材1の領域だけをカバーするように設けられてい
るが、アクチュエータ領域全体から吸熱するために、該
線材をバイアス用コイルバネ2の領域またはそれ以上に
延長させてもよい。図2の例では、熱伝導用線材4の先
端が後述の支持部A20、A30に固定され、形状記憶
部材が伸縮しても熱伝導用線材の配置状態を乱さないよ
うにされている。
Although the heat conducting wire 4 in the example of FIG. 1 is provided so as to cover only the area of the shape memory member 1, in order to absorb heat from the entire actuator area, the wire is used for the bias coil spring 2. It may extend to an area or more. In the example of FIG. 2, the distal end of the heat conducting wire 4 is fixed to support portions A20 and A30, which will be described later, so that the arrangement state of the heat conducting wire is not disturbed even if the shape memory member expands and contracts.

【0023】熱伝導用線材は、単純な断面円形の単線だ
けでなく、種々の態様のものを用いてよい。特に、線材
の表面に溝や凹凸を設ける態様、線材を蛇行させる態
様、極細線を撚り合わせる態様など、線材の表面積をよ
り大きくする態様によって、熱の吸収・放出の効率がよ
り向上する。
As the heat conducting wire, not only a simple wire having a simple circular cross section, but also various embodiments may be used. In particular, the heat absorption / release efficiency is further improved by a mode in which the surface area of the wire is increased, such as a mode in which grooves or irregularities are provided on the surface of the wire, a mode in which the wire is meandered, and a mode in which an ultrafine wire is twisted.

【0024】首振り動作に係るアクチュエータの機構そ
のものは、公知の構成を参照してよく、形状記憶部材を
用いたあらゆる首振り動作用のアクチュエータに対し
て、熱伝導用線材を適用することによって、本発明の首
振り構造体が構成できる。以下に、当該首振り構造体の
構成例を簡単に挙げる。以下の例では、長尺物を、内視
鏡本来の機能が内蔵されたチューブであるとし、形状記
憶部材をSMAコイルバネであるとして説明する。
The mechanism itself of the actuator relating to the swing operation may refer to a known configuration. By applying a heat conducting wire to any actuator for swing operation using a shape memory member, The swing structure of the present invention can be configured. Hereinafter, a configuration example of the swing structure will be briefly described. In the following example, the long object will be described as a tube having a built-in function of an endoscope, and the shape memory member will be described as an SMA coil spring.

【0025】図1の例では、フレキシブルで適度な弾性
を有するチューブに対して、1対のアクチュエータ(1
00、101)が、表裏の関係で取り付けられており、
矢印方向への首振り動作が可能となっている。アクチュ
エータ(100、101)の駆動源は、首振り部(A2
〜A3)の手元側に取り付けられ、首振り部の先端側を
牽引ワイヤー(3、13)で引っ張る構成である。牽引
ワイヤーは牽引のための介在物であるがアクチュエータ
に含めるものとする。
In the example shown in FIG. 1, a pair of actuators (1
00, 101) are attached in a front-to-back relationship,
The head can be swung in the direction of the arrow. The drive source of the actuator (100, 101) is a swing part (A2
-A3), and the tip side of the swing part is pulled by the pulling wires (3, 13). The traction wire is an inclusion for traction but shall be included in the actuator.

【0026】アクチュエータの駆動部分では、SMAコ
イルバネ1とバイアス用コイルバネ2とが互いに拮抗す
るよう接続されている。各アクチュエータをコントロー
ルし牽引ワイヤーを引っ張ることによって、中心位置か
ら両側へ屈曲する首振り動作が可能となる。熱伝導用線
材4は、SMAコイルバネ(1、11)の存在する区間
から手元側へと延びるように設けられている。
In the driving portion of the actuator, the SMA coil spring 1 and the bias coil spring 2 are connected so as to oppose each other. By controlling each actuator and pulling the pulling wire, it is possible to perform a swing motion in which the actuator is bent from the center position to both sides. The heat conducting wire 4 is provided so as to extend from the section where the SMA coil springs (1, 11) are present to the hand side.

【0027】図1の例ではSMAコイルバネ1の原形状
への復帰動作を〔収縮〕としているが、形状記憶部材と
バイアス用バネの位置を入れ替え、形状記憶部材1の復
帰動作を〔伸長〕として、牽引ワイヤーを引張る構成と
してもよい。構成の詳細は、上記特開平10−2162
38号公報等を参照してよい。
In the example of FIG. 1, the return operation of the SMA coil spring 1 to the original shape is [shrinkage]. However, the positions of the shape memory member and the bias spring are interchanged, and the return operation of the shape memory member 1 is [extension]. Alternatively, the pulling wire may be pulled. The details of the configuration are described in the above-mentioned JP-A-10-2162.
38 may be referred to.

【0028】また、図1の例では牽引ワイヤーを介在さ
せているが、首振り部の他端側をバイアス用コイルバネ
自体によって直接的に引っ張る構成としてもよい。即
ち、図1の構成において、首振り部(A2〜A3)の一
端の手元側A1に、SMAコイルバネの一端を接続し、
該SMAコイルバネの他端にバイアス用コイルバネを接
続し、該バイアス用コイルバネの他端を首振り部の先端
側A3に接続する態様である。
Although the pulling wire is interposed in the example of FIG. 1, the other end of the swinging portion may be directly pulled by the bias coil spring itself. That is, in the configuration of FIG. 1, one end of the SMA coil spring is connected to the proximal side A1 of one end of the swing part (A2 to A3),
In this embodiment, a bias coil spring is connected to the other end of the SMA coil spring, and the other end of the bias coil spring is connected to the tip side A3 of the swing part.

【0029】図1の例では、アクチュエータの数は2つ
であるが、長尺物を任意の方向に自在に屈曲させ得る首
振り構造体とするには、フレキシブルチューブの胴体周
囲に等間隔に3つ(即ち、120°毎)、またはそれ以
上、並列状に設ける態様が好ましい。
In the example shown in FIG. 1, the number of actuators is two. However, in order to form a swinging structure capable of freely bending a long object in an arbitrary direction, the swinging structure is arranged at equal intervals around the body of the flexible tube. An embodiment in which three (ie, every 120 °) or more are provided in parallel is preferable.

【0030】図2の例では、首振り部はA2〜A3の区
間である。図1の例と同様、アクチュエータは2つ設け
られているが、片方のアクチュエータ100を代表とし
て説明する。該アクチュエータのSMAコイルバネ1
は、加熱されて収縮する方向に回復するようセットさ
れ、その一端が、首振り部よりも手元側の部位A1に接
続されている。そして、該SMAコイルバネ1の他端
と、首振り部の他端A3とは、牽引ワイヤー3を介して
接続されている。
In the example of FIG. 2, the swing part is a section between A2 and A3. 1, two actuators are provided, but one of the actuators 100 will be described as a representative. SMA coil spring 1 of the actuator
Is set to recover in the direction of being heated and contracted, and one end thereof is connected to a part A1 closer to the hand than the swing part. The other end of the SMA coil spring 1 and the other end A3 of the swing part are connected via a pull wire 3.

【0031】一方、バイアス用コイルバネ2は圧縮コイ
ルバネであって、首振り部が屈曲するときに圧縮され復
帰力を蓄えるように、首振り部(A2〜A3)に沿って
取り付けられている。同図の態様では、首振り部の両端
A2、A3に、圧縮バネをセットするための支持部A2
0、A30が張り出して設けられ、これらの間にバイア
ス用コイルバネがセットされている。牽引ワイヤー3
は、支持部A20の孔を通過し、バイアス用コイルバネ
2の内部を通過して支持部A30に接続されている。ア
クチュエータのSMAコイルバネ1を加熱し収縮させる
と、牽引ワイヤーが引っ張られ、首振り部はアクチュエ
ータ100の側に屈曲するが、そのときバイアス用コイ
ルバネ2は支持部A20、A30の間で圧縮され復帰力
を蓄える構成となっている。図1の例と同様、熱伝導用
線材4は、SMAコイルバネ(1、11)の存在する区
間から手元側へと延びるように設けられている。
On the other hand, the bias coil spring 2 is a compression coil spring, and is attached along the swing parts (A2 to A3) so as to be compressed when the swing part is bent and to store a restoring force. In the embodiment shown in the figure, a support portion A2 for setting a compression spring at both ends A2 and A3 of the swing portion.
0 and A30 are provided so as to protrude, and a bias coil spring is set between them. Traction wire 3
Pass through the hole of the support portion A20, pass through the inside of the bias coil spring 2, and are connected to the support portion A30. When the SMA coil spring 1 of the actuator is heated and contracted, the pulling wire is pulled and the oscillating portion is bent toward the actuator 100. At this time, the biasing coil spring 2 is compressed between the support portions A20 and A30, and the return force is reduced. Is stored. As in the example of FIG. 1, the heat conducting wire 4 is provided so as to extend from the section where the SMA coil springs (1, 11) are present to the hand side.

【0032】当該首振り構造体の用途や規模に限定はな
いが、本発明の冷却作用が最も顕著になるのは、上記従
来技術の説明で述べたとおり、カテーテルや内視鏡など
の体内挿入用医療器具、工業用のマイクロマニピュレー
タなど、外径について微細化が求められるような長尺状
のマイクロマシンに用いる場合である。
Although the use and scale of the swing structure are not limited, the cooling effect of the present invention is most remarkable because, as described in the description of the prior art, insertion into a body such as a catheter or an endoscope is performed. This is a case where the present invention is used for a long micromachine such as a medical instrument for industrial use, an industrial micromanipulator, or the like, in which the outer diameter is required to be fine.

【0033】SMAコイルバネ、バイアス用コイルバネ
の各々のコイル外径は、上記のような長尺状のマイクロ
マシンに用いられる場合には、それらに使用可能な極細
の値であればよい。具体的には1mm以下が好ましい値
であり、これが、マイクロマシンの分野においてコイル
外径に求められる独特の範囲である。例えば、カテーテ
ルへの応用では、SMAコイルバネ、バイアス用コイル
バネの具体的なコイル外径は0.15mm〜0.6mm
程度である。また、コイル外径の下限は限定されず、単
糸状素線の加工技術や、コイル巻きの加工技術などの向
上に従って、際限無く小さくすればよい。
When the outer diameter of each coil of the SMA coil spring and the bias coil spring is used in the above-described long micromachine, it is sufficient that the coil has an extra fine value usable therefor. Specifically, a preferable value is 1 mm or less, which is a unique range required for the coil outer diameter in the field of micromachines. For example, in the application to a catheter, the specific coil outer diameter of the SMA coil spring and the bias coil spring is 0.15 mm to 0.6 mm.
It is about. In addition, the lower limit of the coil outer diameter is not limited, and may be reduced without limit as the processing technology of the single filamentary wire or the technology of processing the coil winding is improved.

【0034】SMAコイルバネに用いられる形状記憶合
金は、公知のものを用いてよい。例えば、Ti−Ni系
合金、Ti−Ni−Cu系合金、Ti−Ni−Fe系合
金、Ni−Al系合金、Ag−Cd系合金、Au−Cd
系合金、Cu−Al−Ni系合金、Cu−Au−Zn系
合金、Cu−Sn系合金、Cu−Zn系合金、Cu−Z
n−Al系合金、In−Ti系合金、In−Cd系合金
などが挙げられる。
A known shape memory alloy may be used for the SMA coil spring. For example, Ti-Ni alloy, Ti-Ni-Cu alloy, Ti-Ni-Fe alloy, Ni-Al alloy, Ag-Cd alloy, Au-Cd
Alloy, Cu-Al-Ni alloy, Cu-Au-Zn alloy, Cu-Sn alloy, Cu-Zn alloy, Cu-Z
n-Al-based alloys, In-Ti-based alloys, In-Cd-based alloys, and the like.

【0035】形状記憶部材に形状記憶効果を発現させる
ための加熱方法としては、例えば、光ファイバを介して
レーザ光を照射する方法や、ヒータ線を添わせて配置す
る方法、形状記憶部材自体に通電し発熱させる方法など
が挙げられる。
As a heating method for causing the shape memory member to exhibit the shape memory effect, for example, a method of irradiating a laser beam through an optical fiber, a method of arranging a heater wire, and a method of heating the shape memory member itself There is a method of generating heat by supplying electricity.

【0036】首振り動作とは、屈曲や捩じれの変位を
し、少なくとも元に戻る動作である。バイアス力は、長
尺物自体の弾性によるバイアス力でもよいし、図1、図
2の例のように復帰用バネを用いてもよい。また、復帰
用の駆動源として形状記憶部材を用い、駆動用の形状記
憶部材と拮抗させてもよい。首振り部は、その区間全体
が可撓性、弾性を有する態様でも、自在継ぎ手のように
剛体中の1箇所が変位し得るものでもよい。
The swing operation is an operation of displacing or twisting and returning at least to the original position. The bias force may be a bias force due to the elasticity of the long object itself, or a return spring may be used as in the examples of FIGS. Further, a shape memory member may be used as a return drive source, and may be opposed to the drive shape memory member. The oscillating part may be either a mode in which the entire section has flexibility and elasticity, or a type in which one place in a rigid body can be displaced like a universal joint.

【0037】長尺物の胴体周囲に複数のアクチュエータ
などを取り付ける場合、図3に具体例を示すように、各
コイルバネの胴体周囲方向の位置関係を維持し得る節輪
R1、R2、R3を用い、各コイルバネが長尺物の胴体
周囲の方向に位置ずれを起こさないような態様としても
よい。節輪は、長尺物と一体物でも、別部品でもよい。
節輪の構造例としては、その中心部に長尺物を挿通する
孔を有し、その周囲にコイルバネを挿通するための孔を
有するものが挙げられる。
When a plurality of actuators and the like are mounted around the body of a long object, as shown in a specific example in FIG. 3, node rings R1, R2, and R3 capable of maintaining the positional relationship of each coil spring in the body circumferential direction are used. Alternatively, a mode may be adopted in which the coil springs do not shift in the direction around the body of the long object. The node ring may be integral with the long object, or may be a separate part.
As an example of the structure of the node ring, one having a hole for inserting a long object at the center thereof and a hole for inserting a coil spring around the hole may be mentioned.

【0038】[0038]

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に示
す。本実施例では、図2で説明した態様の首振り構造体
を実際に製作し、また、その作用効果を調べるための比
較例として、本実施例品から熱伝導用線材を除去したも
のを製作した。これら実施例品、比較例品を実際に動作
させて、熱伝導用線材の有無によるSMAコイルバネの
温度降下の差異を調べた。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. In this embodiment, the swing structure of the embodiment described with reference to FIG. 2 was actually manufactured, and as a comparative example for examining the operation and effect, a product in which the heat conducting wire was removed from the product of this embodiment was manufactured. did. These examples and comparative examples were actually operated, and the difference in the temperature drop of the SMA coil spring depending on the presence or absence of the heat conducting wire was examined.

【0039】実施例品の各部の仕様は次のとおりであ
る。 長尺物A:内視鏡となるファイバスコープの中心本体部
分であって、外径は3mmである。また、支持部A1〜
A2間の距離は30mmである。 SMAコイルバネ10:材料Ni−Ti合金、素線径
0.1mm、コイル外径0.3mm。自然長16mm、
セット時の長さ20mm、記憶された原形状に収縮した
時の長さ19mm。 加熱手段:光ファイバを手元操作部からSMAコイルバ
ネまで挿通し、該コイルに波長0.82μmレーザー光
を照射して加熱する構成である。 バイアス用コイルバネ20:材料Ni−Ti合金、素線
径0.15mm、コイル外径0.6mm。 熱伝導用線材:材料Ag、線径0.1mm、配置した総
本数28本。熱伝導用線材4は、図4に器具の断面を示
したとおり、SMAコイルバネの近傍だけでなく空いた
スペースに多数配置し、SMAコイルバネの手元側端部
A1から200mm手元側へ延長させた。 上記の構成全体を外装チューブ(肉厚0.1mm、内径
2.8mm)内に納め、内視鏡装置とした。尚、外装チ
ューブの材料は、温度に関する特性を確認するための当
該実験のためにsusとした。その他、支持部や節輪の
外観は図3に示したとおりである。
The specifications of each part of the embodiment product are as follows. Long object A: The central body of the fiberscope serving as an endoscope, the outer diameter of which is 3 mm. In addition, the support parts A1
The distance between A2 is 30 mm. SMA coil spring 10: Material Ni-Ti alloy, wire diameter 0.1 mm, coil outer diameter 0.3 mm. Natural length 16mm,
The length when set is 20 mm, and the length when contracted to the stored original shape is 19 mm. Heating means: a configuration in which an optical fiber is inserted from the hand operation unit to the SMA coil spring, and the coil is irradiated with a laser beam having a wavelength of 0.82 μm to heat it. Bias coil spring 20: Material Ni-Ti alloy, wire diameter 0.15 mm, coil outer diameter 0.6 mm. Wire for heat conduction: Material Ag, wire diameter 0.1 mm, total number 28 arranged. As shown in the cross section of the device in FIG. 4, a large number of the heat conducting wires 4 were arranged not only in the vicinity of the SMA coil spring but also in an empty space, and extended 200 mm from the proximal end A1 of the SMA coil spring. The entire configuration described above was housed in an outer tube (0.1 mm in wall thickness, 2.8 mm in inner diameter) to obtain an endoscope device. The material of the outer tube was sus for the experiment for confirming the temperature characteristics. In addition, the appearances of the support portion and the node ring are as shown in FIG.

【0040】加熱によるSMAコイルバネの温度上昇、
加熱停止時からの温度降下のようすを、SMAコイルバ
ネを覆う外装チューブの表面温度を放射温度計によって
測定した。測定は、レーザー光照射開始時から60秒間
照射を行うものとし、照射停止の後、ほぼ常温に降下す
るまで、SMAコイルバネの中点付近を覆う外装チュー
ブの表面温度を測定するものとした。時間の経過と、外
装チューブの表面温度との関係を図5のグラフに示す。
同グラフにおいて、黒丸でプロットしたものが本実施例
品の温度変化を表わしており、白い四角でプロットした
ものが比較例品の温度変化を表わしている。
Temperature rise of the SMA coil spring due to heating,
The surface temperature of the outer tube covering the SMA coil spring was measured by a radiation thermometer to determine how the temperature dropped from when the heating was stopped. In the measurement, irradiation was performed for 60 seconds from the start of laser beam irradiation. After the irradiation was stopped, the surface temperature of the outer tube covering the vicinity of the middle point of the SMA coil spring was measured until the temperature almost dropped to room temperature. The relationship between the passage of time and the surface temperature of the outer tube is shown in the graph of FIG.
In the same graph, those plotted by black circles represent the temperature change of the product of the present example, and those plotted by white squares represent the temperature change of the product of the comparative example.

【0041】同グラフから明らかなとおり、同じ60秒
間のレーザー光照射では、本実施例品の方が最高到達温
度が低い。これは、熱伝導用線材の冷却効果に起因する
ものである。よって、このグラフの状態では、両者の温
度降下の程度を直接比較することは困難である。そこ
で、両者に共通する特定の温度に着目し、その温度から
ある温度まで降下するのに要した時間を比較するものと
した。
As is clear from the graph, in the same 60 seconds of laser light irradiation, the product of this example has a lower maximum temperature. This is due to the cooling effect of the heat conducting wire. Therefore, in the state of this graph, it is difficult to directly compare the degree of the temperature drop between the two. Therefore, attention was paid to a specific temperature common to both, and the time required for the temperature to fall from that temperature to a certain temperature was compared.

【0042】両者に共通する特定の温度は、本実施例品
の最高到達温度である58℃と、45℃とした。比較例
品では、照射停止時から3秒後が58℃であり、その時
点からの温度降下時間を見る。これらの比較の結果を下
記表1、2に示す。表1では、58℃をスタート温度と
して、また、表2では、45℃をスタート温度として、
そこから、45℃、40℃、35℃、30℃、25℃ま
で温度降下するのに要した時間が各々現れている。
The specific temperatures common to both were 58.degree. C. and 45.degree. C., which are the highest attainable temperatures of the product of this embodiment. In the comparative example, the temperature was 58 ° C. 3 seconds after the irradiation was stopped, and the temperature drop time from that point is observed. The results of these comparisons are shown in Tables 1 and 2 below. In Table 1, 58 ° C. was set as a start temperature, and in Table 2, 45 ° C. was set as a start temperature.
From this, the time required to lower the temperature to 45 ° C., 40 ° C., 35 ° C., 30 ° C., and 25 ° C. respectively appears.

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】[0044]

【表2】 [Table 2]

【0045】表1の比較では、本実施例品の降下所要時
間が、比較例品の降下所要時間の14%(58℃→45
℃)から77%(58℃→25℃)となっており、本実
施例が、照射停止直後において極めてすばやい冷却効果
を示している。また、表2の比較でも、本実施例品の降
下所要時間が、比較例品の降下所要時間の33%(45
℃→40℃)から77%(45℃〜25℃まで)となっ
ている。これらの比較から、熱伝導用線材を配置した場
合の温度降下所要時間は、配置しない場合に対し、総じ
て20%〜30%以上短縮されると考えられる。
In the comparison of Table 1, the required descent time of the product of this example is 14% of the required descent time of the comparative product (from 58 ° C. to 45%).
(° C.) to 77% (58 ° C. → 25 ° C.), and this example shows a very quick cooling effect immediately after the irradiation is stopped. Also in the comparison of Table 2, the required descent time of the product of this example is 33% (45%) of the required descent time of the product of the comparative example.
° C → 40 ° C) to 77% (from 45 ° C to 25 ° C). From these comparisons, it is considered that the time required for temperature drop when the heat conducting wire is arranged is generally reduced by 20% to 30% or more as compared with the case where the heat conducting wire is not arranged.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したとおり、熱伝導用線材を付
与した構造によって、器具の細径化に応じながら、形状
記憶部材の冷却が速やかに行なわれ、次の加熱までの時
間が短縮できる。これによって、首振り動作のすばやい
繰り返しが可能となった。
As described above, the structure provided with the heat conducting wire allows the shape memory member to be quickly cooled while reducing the diameter of the device, thereby shortening the time until the next heating. This enabled quick repetition of the swing motion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による首振り構造体の構成例を示す模式
図である。線材4は多数配置されているが、その中の1
本に代表として符号4を付している。
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a swing structure according to the present invention. A large number of wires 4 are arranged.
Reference numeral 4 is attached to the book as a representative.

【図2】本発明による首振り構造体の、他の構成例を示
す模式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing another configuration example of the swing structure according to the present invention.

【図3】図2の首振り構造体の具体的な外観を示す図で
ある。
FIG. 3 is a view showing a specific appearance of the swinging structure of FIG. 2;

【図4】図3の首振り構造体の、X−X断面を示す図で
ある。
FIG. 4 is a view showing a cross-section XX of the swing structure of FIG. 3;

【図5】実施例品と比較例品について温度降下の状態を
測定した結果を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the results of measuring the temperature drop state of the example product and the comparative example product.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 長尺物 1 形状記憶部材(SMAコイルバネ) 2 バイアス用コイルバネ 3 糸状物 4 熱伝導用線材 A Long object 1 Shape memory member (SMA coil spring) 2 Coil spring for bias 3 Thread 4 Material for heat conduction

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 首振り可能な部分を有する長尺物の長手
方向に沿って、形状記憶部材を駆動源として有するアク
チュエータが設けられ、前記首振り可能な部分が形状記
憶部材の動作によって首振り動作を行なうよう構成され
ており、 形状記憶部材に沿って熱伝導用線材が1以上設けられ、
該熱伝導用線材が、形状記憶部材が存在する領域以外の
領域まで長尺物に沿って延びていることを特徴とする首
振り構造体。
An actuator having a shape memory member as a drive source is provided along a longitudinal direction of a long object having a swingable portion, and the swingable portion is swung by the operation of the shape memory member. And one or more heat conducting wires are provided along the shape memory member,
A swing structure, wherein the heat conducting wire extends along a long object to a region other than a region where the shape memory member exists.
【請求項2】 上記首振り可能な部分が、長尺物の先端
部近傍に位置しており、アクチュエータが首振り可能な
部分に隣接しており、熱伝導用線材が、アクチュエータ
よりも手元部側の領域まで、または長尺物の手元部ま
で、または長尺物の手元部を経て外部まで延びているも
のである、請求項1記載の首振り構造体。
2. The swingable portion is located near the tip of the long object, the actuator is adjacent to the swingable portion, and the heat conducting wire is closer to the hand than the actuator. The swing structure according to claim 1, wherein the swing structure extends to a side region, to a hand portion of the long object, or to the outside through a hand portion of the long object.
【請求項3】 熱伝導用線材が、直径0.05mm〜
1.0mmの金属線である、請求項1記載の首振り構造
体。
3. The heat conducting wire has a diameter of 0.05 mm or more.
The swing structure according to claim 1, wherein the swing structure is a 1.0 mm metal wire.
【請求項4】 アクチュエータが、形状記憶合金コイル
バネとバイアス用コイルバネとが互いに拮抗するよう接
続され、形状記憶合金コイルバネへの加熱/非加熱に応
じて伸縮動作をし得るよう構成されたものであって、 該アクチュエータは、直接または牽引ワイヤーを介し
て、首振り可能な部分の両端間を連結するように長尺物
に取り付けられ、該アクチュエータの伸縮動作によって
首振り可能な部分が首振り動作を行う構成とされてい
る、請求項1記載の首振り構造体。
4. An actuator, wherein a shape memory alloy coil spring and a bias coil spring are connected so as to oppose each other, and are configured to be able to expand and contract in accordance with heating / non-heating of the shape memory alloy coil spring. The actuator is attached to an elongated object directly or via a pulling wire so as to connect both ends of the swingable portion, and the swingable portion performs the swing operation by the expansion and contraction operation of the actuator. The swing structure according to claim 1, wherein the swing structure is configured to perform the swing operation.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7974025B2 (en) 2007-04-23 2011-07-05 Cambridge Mechatronics Limited Shape memory alloy actuation apparatus

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