JP2005249100A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 屈曲性が良いアクチュエータを低コストで提供すること。
【解決手段】 先端の塞がれた袋状の駆動用チューブ２を複数本束ね、その中心に芯棒４を配置させて周りを固定糸５で巻き付けることにより各駆動用チューブ２を芯棒４に対して密着させ、固定糸５が巻き付けられた複数の駆動用チューブ２が更に外枠チューブ３によって覆われたアクチュエータ１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のチューブを束ねて特定のチューブに高い加圧力を与えることにより全体を屈曲させるようにしたアクチュエータに関する。

近年、ガス管や曲面を多く有する狭隘部の検査・点検等を行なうアクチュエータ、更には内視鏡等、流体の圧力差を利用して動作するゴム状のアクチュエータ等が種々開発されている。しかしながら、例えば従来の医療用アクチュエータは、可動部を操作する際、可動部内の複数の圧力室に流体を加圧して送るため、圧力室の壁面の磨耗損傷、破壊、破裂、あるいはピンホールからのリーク等により圧力室の流体が体内に漏れ出すという危険性があった。そうした問題に対するアクチュエータが特開平９−７９２０４号公報に記載されている。図３は、当該公報に記載されたアクチュエータの構成を示す分解斜視図であり、図４は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

細いカテーテル１００（たとえば直径３ｍｍ）の先端にフレキシブルアクチュエータ１１０が取り付けられ、体内への挿入の際にガイドとして利用される。フレキシブルアクチュエータ１１０は、３つの圧力室１１１，１１２，１１３を有し、そこには加圧チューブ１２１，１２２，１２３が各々接続され、３本の加圧チューブにかける圧力を加圧装置１３０で調整することにより、フレキシブルアクチュエータ１１０の先端を任意の方向に湾曲させることができるように構成されている。そして、３つの各圧力室１１１，１１２，１１３は、伸縮性を有するチューブ１４０によって包み込まれている。

各圧力室１１１，１１２，１１３とチューブ１４０との間の排出用空間１５０に排出チューブ１６５が接続され、圧力室１１１，１１２，１１３から漏れ出た流体を漏れ検出装置１６０で検出する。排出用空間１５０は通常は空間として存在しないが、フレキシブルアクチュエータ１１０の外壁が何らかの原因で、破裂し、又はピンホール等が発生して加圧流体の漏れが生ずると、内部の加圧流体が排出用空間１５０を押し広げながら漏れ出す。これに対して、チューブ１４０の収縮力により、漏れ出した加圧流体は排出チューブ１６５に導かれ、排出用空間１５０から排出される。このため、圧力室１１１，１１２，１１３の全て又は一部から流体が漏れても、その加圧流体が体内に漏れ出すことはなく安全性が確保される。
特開平９−７９２０４号公報（第４頁、図１、図２）

しかしながら、こうした特許文献１に記載のアクチュエータ１１０は、３つの圧力室１１１，１１２，１１３を１本のチューブ内に３等分して形成する特殊な形状をしたものである。そのため、アクチュエータ１１０を成形するための特別な型をもった成形機など、新たな製造設備が必要になってイニシャルコストによる負担が大きかった。
そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、屈曲性が良いアクチュエータを低コストで提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータは、先端の塞がれた袋状の駆動用チューブを複数本束ね、その中心に芯棒を配置させて周りを固定糸で巻き付けることにより各駆動用チューブを芯棒に対して密着させ、固定糸が巻き付けられた複数の駆動用チューブが更に外枠チューブによって覆われたものであることを特徴とする。
また、本発明のアクチュエータは、前記駆動用チューブの１本ずつが糸によって巻かれたものであることを特徴とする。

よって、本発明のアクチュエータによれば、複数ある駆動用チューブのうち特定のものに流体を導入して加圧すると、その特定の駆動用チューブが伸びようと一方、他の駆動用チューブは変形しないため、バイモルフと同様に変形しようとする駆動用チューブから変形しない駆動用チューブに向かって屈曲することになる。このとき、駆動用チューブは、心棒に密接して軸方向に伸びず、固定糸に巻かれて径方向にも膨らまないため、導入した流体の加圧力によって屈曲角度を正確に制御することができる。また、１本ずつ駆動用チューブを糸で巻けば、径方向の膨らみをより確実に規制することにより、屈曲時の角度の制御が更に正確になる。
そして特に本発明のアクチュエータは、駆動用チューブの他、外枠チューブ，芯棒そして固定糸など、いずれも特別なものでなく入手容易なもので構成されているため、屈曲性が良いアクチュエータを低コストで提供することが可能となる。

次に、本発明に係るアクチュエータの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本発明のアクチュエータは、流体圧を利用してチューブを屈曲させるようにしたものであり、特に本実施形態では、体外から体内の血管及び管腔に挿入し、血管造影、血管内手術、排液、排気、注入又は体外より体内壁面への医療処置を行なうためのカテーテルを構成するものである。

図１は、そのカテーテル先端部分を示した斜視図である。このカテーテル１は、３本の駆動用チューブ２ａ，２ｂ，２ｃ（まとめて「駆動用チューブ２」とする）が束ねられ、それらが二点鎖線で示す外枠チューブ３によって覆われている。駆動用チューブ２は、先端の塞がれた袋状をしたものであり、例えば内部に圧縮エアを入れて加圧した場合には長手方向に伸びやすく、径方向に膨らみにくい性質をもっているものである。こうした３本の駆動用チューブ２の間の中心位置には芯棒４が長手方向に沿って入れられている。この芯棒４は、例えばポリアセタールなどの樹脂を直径が０．５ｍｍ程度の糸状にしたものである。

３本の駆動用チューブ２とその中心にある芯棒４は、３本の駆動チューブ２の周りを巻く固定糸５によって束ねられて一本のものとして一体的に構成されている。３本の駆動用チューブ２を一つにするこの固定糸５は、駆動用チューブ２を束ねる他に、各駆動用チューブ２同士や芯棒４に密着させる働きを有し、更に内部が加圧された駆動用チューブ２が径方向に膨らんでしまわないようにする働きを有する。３本の駆動用チューブ２に密着した芯棒４は、一つの駆動用チューブ２が長手方向の伸びようとする場合に、他の駆動チューブ２とともに静摩擦によってその伸びを規制するようにするためのものである。そして、こうして巻かれた駆動用チューブ２が外枠チューブ３によって覆われる。

３本の駆動用チューブ２ａ，２ｂ，２ｃには不図示のエア供給装置が接続され、エアポンプから送られる圧縮エアが特定の駆動用チューブ２へ送り込まれるよう切換弁によってエアの導入が切り換えられるようになっている。そこで、例えば駆動用チューブ２ａにのみ高い圧力の圧縮エアが導入される場合を見てみる。図２は、そうした一つの駆動用チューブ２が加圧された状態を示した図である。ただし、外枠チューブ３は省略している。

エア供給装置によって駆動用チューブ２ａにのみ高い圧力で圧縮エアが導入されると、駆動用チューブ２ａは、径方向には固定糸５と他の駆動用チューブ２ｂ，２ｃによって膨らみが規制される。また、長手方向においても他の駆動用チューブ２ｂ，２ｃや特に一切伸びない芯棒４に圧接しているため静摩擦力が作用し、長手方向に伸びやすい駆動用チューブ２ａの伸びを規制している。

一方、低い圧力でエアが導入されている駆動用チューブ２ｂ，２ｃはそれ自身変形を生じない。従って、駆動用チューブ２ａが高い圧力で加圧されると、３本のうち１本だけが伸びようとするため、バイモルフと同様に、変形しようとする駆動用チューブ２ａから駆動用チューブ２ｂ，２ｃに向かってカテーテル１が屈曲することになる。このときカテーテル１の屈曲の角度は、駆動用チューブ２ａに導入される圧縮エアの加圧力によって決定される。

よって、本実施形態のカテーテル１は、３本の駆動用チューブ２を芯棒４を中心に挟み込んで固定糸５で密着させるように束ねることにより、駆動用チューブ２内に圧縮エアを導入して加圧しても径方向の膨らんだり長手方向に伸びたりしない構造になっているため、導入した圧縮エアの圧力に応じて正確に屈曲することになる。すなわち、駆動チューブ２へ導入する調整されたエア圧の圧縮エアは、駆動用チューブ２それ自身の伸びや膨らみに使われることなく、カテーテル１全体の屈曲に利用されるため、正確な角度で屈曲させることができる。

また、複数ある駆動用チューブ２のうち任意に導入する駆動用チューブ２を選択して圧縮エアを供給することにより、自由にカテーテル１の屈曲方向を変えることができる。
更に本実施形態では、駆動用チューブ２の他、外枠チューブ３，芯棒４そして固定糸５はいずれも特別なものでなく入手容易なものなので、従来のように３つの圧力室１１１，１１２，１１３を有するフレキシブルアクチュエータ１１０のように特別な加工機を必要とするものではなく、コストを低く抑えることが可能になった。

ところで、前記実施形態では、３本の駆動用チューブ２を固定糸５によって束ねることで径方向の膨らみを規制するようにした。更に径方向の膨らみをより確実に規制するため、駆動油チューブ２の１本毎に糸を巻き付け、そうした後に３本の駆動用チューブ２を固定糸５によって束ねるようにしてもよい。径方向の膨らみを確実に規制することにより、屈曲時の角度の制御がより正確になる。また、巻き方も図１示した固定糸５のように螺旋状に巻く巻き方だけでなく、２本の糸を網目状にクロスさせるようにするとよい。

以上、アクチュエータの一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなくその趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では３本の駆動用チューブ２を束ねてカテーテル１を構成したが、４本以上であっても良い。そうすれば屈曲方向を更に細かく制御することができる。

アクチュエータの一実施形態を示した斜視図である。 アクチュエータの動作を示した図である。 従来のアクチュエータの構成を示す分解斜視図である。 図３のＡ−Ａ断面を示した図である。

符号の説明

１ カテーテル（アクチュエータ）
２（２ａ，２ｂ，２ｃ） 駆動用チューブ
３ 外枠チューブ
４ 芯棒
５ 固定糸

Claims (2)

1. 先端の塞がれた袋状の駆動用チューブを複数本束ね、その中心に芯棒を配置させて周りを固定糸で巻き付けることにより各駆動用チューブを芯棒に対して密着させ、固定糸が巻き付けられた複数の駆動用チューブが更に外枠チューブによって覆われたものであることを特徴とするアクチュエータ。
2. 請求項１に記載するアクチュエータにおいて、
   前記駆動用チューブは、１本ずつが糸によって巻かれたものであることを特徴とするアクチュエータ。

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