JP3321199B2 - 多自由度湾曲管 - Google Patents
多自由度湾曲管Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばカテーテル、内
視鏡、レーザプローブ等のような多自由度可撓管に関す
る。
視鏡、レーザプローブ等のような多自由度可撓管に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば、医療用のカテーテルや内視鏡等
の可撓管、ガス配管等の工業用管路の点検・修理を行う
工業用内視鏡の可撓管は、複数の屈曲部を有する多自由
度可撓管によって構成されている。
の可撓管、ガス配管等の工業用管路の点検・修理を行う
工業用内視鏡の可撓管は、複数の屈曲部を有する多自由
度可撓管によって構成されている。
【０００３】そして、特に細径の可撓管においては、可
撓管の屈曲部の内部に温度変化に応じて長さが収縮・伸
張する線状の形状記憶合金からなる湾曲操作ワイヤを配
設したものが知られている。
撓管の屈曲部の内部に温度変化に応じて長さが収縮・伸
張する線状の形状記憶合金からなる湾曲操作ワイヤを配
設したものが知られている。
【０００４】この可撓管は、可撓管の手元側において湾
曲操作ワイヤに通電加熱することによって可撓管の屈曲
部を屈曲または湾曲して可撓管の先端部を目的部位に導
くことができるようになっている。
曲操作ワイヤに通電加熱することによって可撓管の屈曲
部を屈曲または湾曲して可撓管の先端部を目的部位に導
くことができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、生体内
の深部に挿入する内視鏡や長い管路に挿入する工業用内
視鏡は可撓管の長さが長くなり、長尺化するに伴って屈
曲部の自重が大きくなり、自重によって垂れ下がってし
まい、可撓管の根元側の屈曲部を所望の屈曲量に屈曲さ
せることができない。
の深部に挿入する内視鏡や長い管路に挿入する工業用内
視鏡は可撓管の長さが長くなり、長尺化するに伴って屈
曲部の自重が大きくなり、自重によって垂れ下がってし
まい、可撓管の根元側の屈曲部を所望の屈曲量に屈曲さ
せることができない。
【０００６】そこで、従来においては、可撓管の根元側
における線状の形状記憶合金からなる湾曲操作ワイヤを
太くして大出力が得られるようにしているが、湾曲操作
ワイヤを太くすると、それに伴って可撓管の外径が太く
なるという不都合がある。
における線状の形状記憶合金からなる湾曲操作ワイヤを
太くして大出力が得られるようにしているが、湾曲操作
ワイヤを太くすると、それに伴って可撓管の外径が太く
なるという不都合がある。
【０００７】本発明は、前記事情に着目してなされたも
ので、その目的とするところは、可撓管の外径を細く保
ったまま、可撓管の自重に影響されることなく、湾屈曲
部を所望量に湾屈曲できる多自由度可撓管を提供するこ
とにある。
ので、その目的とするところは、可撓管の外径を細く保
ったまま、可撓管の自重に影響されることなく、湾屈曲
部を所望量に湾屈曲できる多自由度可撓管を提供するこ
とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、請求項１は、第１の管状部材、第２の管
状部材、および前記第１の管状部材と前記第２の管状部
材との間に設けられ伸縮可能な湾屈曲部と、を有する可
撓管と、固定子と移動子を有し、この固定子と移動子の
うちの一方を前記第１の管状部材に固定され、他方を前
記第２の管状部材に固定され、前記可撓管の中心軸と平
行に駆動力を発生する静電アクチュエータとを具備した
ことを特徴とする多自由度可撓管にある。
成するために、請求項１は、第１の管状部材、第２の管
状部材、および前記第１の管状部材と前記第２の管状部
材との間に設けられ伸縮可能な湾屈曲部と、を有する可
撓管と、固定子と移動子を有し、この固定子と移動子の
うちの一方を前記第１の管状部材に固定され、他方を前
記第２の管状部材に固定され、前記可撓管の中心軸と平
行に駆動力を発生する静電アクチュエータとを具備した
ことを特徴とする多自由度可撓管にある。
【０００９】請求項２は、請求項１の多自由度可撓管に
おいて、前記静電アクチュエータを複数設けたことを特
徴とする多自由度可撓管にある。
おいて、前記静電アクチュエータを複数設けたことを特
徴とする多自由度可撓管にある。
【００１０】
【作用】可撓管の湾屈曲部を湾曲させる場合には、湾曲
方向に位置する静電型アクチュエータを、固定子／移動
子重畳面積が大きくなるように駆動させ、同時に、湾曲
方向とは反対側に設けられている静電型アクチュエータ
を、固定子／移動子重畳面積が小さくなるように駆動さ
せると、湾屈曲部が所望量に湾屈曲される。
方向に位置する静電型アクチュエータを、固定子／移動
子重畳面積が大きくなるように駆動させ、同時に、湾曲
方向とは反対側に設けられている静電型アクチュエータ
を、固定子／移動子重畳面積が小さくなるように駆動さ
せると、湾屈曲部が所望量に湾屈曲される。
【００１１】
【実施例】以下、この発明の各実施例を図面に基づいて
説明する。
説明する。
【００１２】図１および図２は第１の実施例を示す。図
２は、例えばガス配管等の工業用管路Ｐ内に挿入される
工業用内視鏡１の使用状態を示す。工業用内視鏡１の挿
入部１ａの先端面には１つの照明窓２と２つの観察窓３
が設けられている。
２は、例えばガス配管等の工業用管路Ｐ内に挿入される
工業用内視鏡１の使用状態を示す。工業用内視鏡１の挿
入部１ａの先端面には１つの照明窓２と２つの観察窓３
が設けられている。
【００１３】さらに、工業用内視鏡１の挿入部１ａの先
端面には多自由度可撓管としての配管内作業用の３本の
多自由度マニピュレータ４ａ，４ｂ，４ｃの基端部がそ
れぞれ固定されている。これらマニピュレータ４ａ，４
ｂ，４ｃはフレキシブルに湾曲する多関節構造になって
いる。
端面には多自由度可撓管としての配管内作業用の３本の
多自由度マニピュレータ４ａ，４ｂ，４ｃの基端部がそ
れぞれ固定されている。これらマニピュレータ４ａ，４
ｂ，４ｃはフレキシブルに湾曲する多関節構造になって
いる。
【００１４】第１のマニピュレータ４ａの先端部には照
明装置およびＣＣＤ等の観察装置５が設けられており、
この第１のマニピュレータ４ａによって工業用管路Ｐ内
の補修部Ｑを近接かつ直視して作業部拡大内視システム
部が構成されている。
明装置およびＣＣＤ等の観察装置５が設けられており、
この第１のマニピュレータ４ａによって工業用管路Ｐ内
の補修部Ｑを近接かつ直視して作業部拡大内視システム
部が構成されている。
【００１５】第２のマニピュレータ４ｂの先端部にはマ
イクログリッパ６が設けられている。このマイクログリ
ッパ６は溶接用材料等の作業ツール７を把持しながら補
修部Ｑに近接させるツール搬送部が構成されている。
イクログリッパ６が設けられている。このマイクログリ
ッパ６は溶接用材料等の作業ツール７を把持しながら補
修部Ｑに近接させるツール搬送部が構成されている。
【００１６】第３のマニピュレータ４ｃの先端部にはレ
ーザ光等の出射部や、グラインダ等の研削作業部８が設
けられている。この第３のマニピュレータ４ｃによって
工業用管路Ｐ内の補修部Ｑに近接し、レーザ光等による
溶接や、グラインダを用いての研削等の補修作業を行う
作業部が構成されている。
ーザ光等の出射部や、グラインダ等の研削作業部８が設
けられている。この第３のマニピュレータ４ｃによって
工業用管路Ｐ内の補修部Ｑに近接し、レーザ光等による
溶接や、グラインダを用いての研削等の補修作業を行う
作業部が構成されている。
【００１７】なお、３本のマニピュレータ４ａ，４ｂ，
４ｃの外周面の色を変えることにより、３本のマニピュ
レータ４ａ，４ｂ，４ｃを識別し易くしたり、或いは各
マニピュレータ４ａ，４ｂ，４ｃに識別用の特有の形状
の突起部をそれぞれ形成することにより、観察窓３によ
って各マニピュレータ４ａ，４ｂ，４ｃ，を目視した際
に簡単に各マニピュレータ４ａ，４ｂ，４ｃの機能を判
断できる構成にしてもよい。
４ｃの外周面の色を変えることにより、３本のマニピュ
レータ４ａ，４ｂ，４ｃを識別し易くしたり、或いは各
マニピュレータ４ａ，４ｂ，４ｃに識別用の特有の形状
の突起部をそれぞれ形成することにより、観察窓３によ
って各マニピュレータ４ａ，４ｂ，４ｃ，を目視した際
に簡単に各マニピュレータ４ａ，４ｂ，４ｃの機能を判
断できる構成にしてもよい。
【００１８】第１〜第３のマニピュレータ４ａ，４ｂ，
４ｃは、基本的に同一構造であるため、その１つである
第１のマニピュレータ４ａについて説明すると、図１に
示すように構成されている。
４ｃは、基本的に同一構造であるため、その１つである
第１のマニピュレータ４ａについて説明すると、図１に
示すように構成されている。
【００１９】図１の（ａ）（ｂ）は本発明による多自由
度可撓管１０の断面を示すものであり、複数個の管状部
材１１が、例えばゴム製の蛇腹等のような可撓性連結部
材１２で連結され、複数の湾屈曲部１３が設けられてい
る。
度可撓管１０の断面を示すものであり、複数個の管状部
材１１が、例えばゴム製の蛇腹等のような可撓性連結部
材１２で連結され、複数の湾屈曲部１３が設けられてい
る。
【００２０】各管状部材１１の連結部、すなわち各湾屈
曲部１３の内部の湾曲方向にはフィルム状の静電型アク
チュエータ１４が設けられている。この静電型アクチュ
エータ１４は支持部材１１ａにより管状部材１１の端部
内壁に固定されている。また、各静電型アクチュエータ
１４には図示しない駆動回路から３相の駆動電圧を供給
するための電線１５が接続されている。
曲部１３の内部の湾曲方向にはフィルム状の静電型アク
チュエータ１４が設けられている。この静電型アクチュ
エータ１４は支持部材１１ａにより管状部材１１の端部
内壁に固定されている。また、各静電型アクチュエータ
１４には図示しない駆動回路から３相の駆動電圧を供給
するための電線１５が接続されている。
【００２１】以上のように構成された多自由度可撓管１
０は、各管状部材１１間の湾屈曲部１３に設けられた静
電型アクチュエータ１４のフィルム状の移動子１６ａと
固定子１６ｂが、静電気力により駆動される。この静電
型アクチュエータ１４の原理は、例えば「工業材料」１
９９２年６月号（Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．８）の１０１〜
１０６頁に記載されている。
０は、各管状部材１１間の湾屈曲部１３に設けられた静
電型アクチュエータ１４のフィルム状の移動子１６ａと
固定子１６ｂが、静電気力により駆動される。この静電
型アクチュエータ１４の原理は、例えば「工業材料」１
９９２年６月号（Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．８）の１０１〜
１０６頁に記載されている。
【００２２】したがって、多自由度可撓管１０の湾屈曲
部１３を一方向に湾曲させる場合には、図１の（ｃ）に
示されるように、湾曲方向に位置する静電型アクチュエ
ータ１４ａを、固定子／移動子重畳面積が大きくなるよ
うに駆動させる。同時に、湾曲方向とは反対側に設けら
れている静電型アクチュエータ１４ｂを、固定子／移動
子重畳面積が小さくなるように駆動させる。
部１３を一方向に湾曲させる場合には、図１の（ｃ）に
示されるように、湾曲方向に位置する静電型アクチュエ
ータ１４ａを、固定子／移動子重畳面積が大きくなるよ
うに駆動させる。同時に、湾曲方向とは反対側に設けら
れている静電型アクチュエータ１４ｂを、固定子／移動
子重畳面積が小さくなるように駆動させる。
【００２３】したがって、本実施例によれば、薄いフィ
ルム状の静電型アクチュエータ１４が各湾屈曲部１３の
湾曲方向に設けられているため、多自由度可撓管１０の
外径を細くしたまま、多自由度の可撓管を容易に構成す
ることができる。静電型アクチュエータ１４の自重は軽
量であるため、多数設けても可撓管の重量はさほど大き
くはならない。また、アクチュエータの発生力も駆動電
圧により制御可能であるため、可撓管に必要とされる力
量に応じて湾曲力量を調節できる。さらに、駆動周波数
を制御することにより湾曲速度が制御でき、従来の形状
記憶合金のように大電流を流さなくとも高速に、しかも
最適な速度で湾曲をかけられるという効果をも有する。
ルム状の静電型アクチュエータ１４が各湾屈曲部１３の
湾曲方向に設けられているため、多自由度可撓管１０の
外径を細くしたまま、多自由度の可撓管を容易に構成す
ることができる。静電型アクチュエータ１４の自重は軽
量であるため、多数設けても可撓管の重量はさほど大き
くはならない。また、アクチュエータの発生力も駆動電
圧により制御可能であるため、可撓管に必要とされる力
量に応じて湾曲力量を調節できる。さらに、駆動周波数
を制御することにより湾曲速度が制御でき、従来の形状
記憶合金のように大電流を流さなくとも高速に、しかも
最適な速度で湾曲をかけられるという効果をも有する。
【００２４】図３は第２の実施例を示す。この実施例
は、多自由度可撓管１０の湾屈曲部１３の湾曲方向それ
ぞれに積層型の静電型アクチュエータ１７，１８を設け
た構成である。積層型の静電型アクチュエータ１７，１
８は、その両端部がヒンジ部材１９によって対向する管
状部材１１の内壁端部に固定されている。
は、多自由度可撓管１０の湾屈曲部１３の湾曲方向それ
ぞれに積層型の静電型アクチュエータ１７，１８を設け
た構成である。積層型の静電型アクチュエータ１７，１
８は、その両端部がヒンジ部材１９によって対向する管
状部材１１の内壁端部に固定されている。
【００２５】この実施例の湾曲作用は第１の実施例と同
一であり、その効果は、湾曲による静電型アクチュエー
タ１７，１８のベンディングがなく、いかなる状態でも
静電型アクチュエータ１７，１８を常に適正な状態で駆
動することが可能である。また、アクチュエータが積層
構造であるため、さらに大きな湾曲力量を発生すること
が可能である。
一であり、その効果は、湾曲による静電型アクチュエー
タ１７，１８のベンディングがなく、いかなる状態でも
静電型アクチュエータ１７，１８を常に適正な状態で駆
動することが可能である。また、アクチュエータが積層
構造であるため、さらに大きな湾曲力量を発生すること
が可能である。
【００２６】図４および図５は第３の実施例の多自由度
可撓管としてのマニピュレータ２０を示す。このマニピ
ュレータ２０には湾屈曲部としての複数の関節体２１が
設けられ、先端部にはグラインダ２０ａが設けられてい
る。各関節体２１の接続部の対向する面には例えば半周
に亘って２個の対向電極２２ａ，２２ｂが設けられてい
る。
可撓管としてのマニピュレータ２０を示す。このマニピ
ュレータ２０には湾屈曲部としての複数の関節体２１が
設けられ、先端部にはグラインダ２０ａが設けられてい
る。各関節体２１の接続部の対向する面には例えば半周
に亘って２個の対向電極２２ａ，２２ｂが設けられてい
る。
【００２７】各関節体２１の一方の対向電極２２ａは導
線２３に共通に接続され、電源２５のプラス側端子に接
続されている。他方の対向電極２２ｂも同様に導線２４
に共通に接続され電源２５のマイナス端子に接続されて
いる。
線２３に共通に接続され、電源２５のプラス側端子に接
続されている。他方の対向電極２２ｂも同様に導線２４
に共通に接続され電源２５のマイナス端子に接続されて
いる。
【００２８】対向電極２２ａと２２ｂの間隔ｄはマニピ
ュレータ２０の先端側程小さく、ｄ1 ＜ｄ2 ＜ｄ3 ＜ｄ
4 …ｄn-1 ＜ｄn となっている。各電極表面は絶縁膜に
よりコーティングされており対向電極２２ａ，２２ｂが
短絡することがないように形成されている。
ュレータ２０の先端側程小さく、ｄ1 ＜ｄ2 ＜ｄ3 ＜ｄ
4 …ｄn-1 ＜ｄn となっている。各電極表面は絶縁膜に
よりコーティングされており対向電極２２ａ，２２ｂが
短絡することがないように形成されている。
【００２９】このマニピュレータ２０を動作させるには
電源２５により湾曲方向に位置する対向電極２２ａ，２
２ｂに高電圧を印加することによって、対向電極２２
ａ，２２ｂの間隔ｄが変化して関節体２１が湾曲動作す
る。
電源２５により湾曲方向に位置する対向電極２２ａ，２
２ｂに高電圧を印加することによって、対向電極２２
ａ，２２ｂの間隔ｄが変化して関節体２１が湾曲動作す
る。
【００３０】対向電極２２ａ，２２ｂの間隔ｄがマニピ
ュレータ２０の先端側程小さいことから電源２５の電圧
を徐々に上げていくと、先端側の関節体２１から湾曲を
始め最後に手元側の関節体２１が湾曲をする。これを利
用して、印加電圧を設定すればマニピュレータ２０をコ
ントロールすることができる。
ュレータ２０の先端側程小さいことから電源２５の電圧
を徐々に上げていくと、先端側の関節体２１から湾曲を
始め最後に手元側の関節体２１が湾曲をする。これを利
用して、印加電圧を設定すればマニピュレータ２０をコ
ントロールすることができる。
【００３１】このように２本の導線２３，２４により複
数の関節体２１を制御することにより、導線数を減らす
ことができマニピュレータ２０の細径化、小型化が可能
となる。
数の関節体２１を制御することにより、導線数を減らす
ことができマニピュレータ２０の細径化、小型化が可能
となる。
【００３２】図６は第４の実施例のマニピュレータ２０
の電極部を示す。可撓性を有する関節体２１の端面を放
射状に４等分し、各エリアに蛇行状に湾曲した電極３０
を設けたものである。このように構成することにより可
撓性を損なうことなく実現できる。
の電極部を示す。可撓性を有する関節体２１の端面を放
射状に４等分し、各エリアに蛇行状に湾曲した電極３０
を設けたものである。このように構成することにより可
撓性を損なうことなく実現できる。
【００３３】図７は第５の実施例のマニピュレータ２０
の電極部を示す。各関節体２１の端面に、ある１方向に
対応した位置だけに電極３１を設け、これら電極３１が
９０゜づつずらしたものである。
の電極部を示す。各関節体２１の端面に、ある１方向に
対応した位置だけに電極３１を設け、これら電極３１が
９０゜づつずらしたものである。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
可撓管の湾屈曲部を静電アクチュエータにより湾曲動作
を行なうため、可撓管の外径を細くしたまま、多自由度
の可撓管を容易に構成することができる。また、静電型
アクチュエータの自重は軽量であるため、多数設けても
軽量な多自由度可撓管を実現できる。
可撓管の湾屈曲部を静電アクチュエータにより湾曲動作
を行なうため、可撓管の外径を細くしたまま、多自由度
の可撓管を容易に構成することができる。また、静電型
アクチュエータの自重は軽量であるため、多数設けても
軽量な多自由度可撓管を実現できる。
【図１】本発明の第１の実施例の多自由度可撓管を示
し、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は
湾曲した時の一部切欠した側面図。
し、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は
湾曲した時の一部切欠した側面図。
【図２】同実施例の多自由度可撓管の応用例を示す斜視
図。
図。
【図３】本発明の第２の実施例の多自由度可撓管の湾曲
した時の一部切欠した側面図。
した時の一部切欠した側面図。
【図４】本発明の第３の実施例のマニピュレータを示す
概略的構成図。
概略的構成図。
【図５】同実施例の電極部を示す正面図。
【図６】本発明の第４の実施例のマニピュレータの電極
部を示す正面図。
部を示す正面図。
【図７】本発明の第５の実施例のマニピュレータの電極
部を示す概略的構成図。
部を示す概略的構成図。
１０…多自由度可撓管 １３…湾屈曲部 １４…静電型アクチュエータ １６ａ…移動子 １６ｂ…固定子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｎ 11/00 Ａ６１Ｍ 25/00 ３０９Ｂ (56)参考文献 特開 平３−109021（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−285978（ＪＰ，Ａ) 樋口俊郎，厚さわずか０．２ｍｍのフ ィルムが、人工筋肉、マイクロマシンづ くりの要となる静電フィルムアクチュエ ータ，工業材料，株式会社 日刊工業新 聞社，1992年６月１日，第40巻、第８ 号，ｐ．103−106 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 1/00 - 1/32 G02B 23/24 - 23/26 A61M 25/01 H02N 1/00 - 15/04 B25J 18/06 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 第１の管状部材、第２の管状部材、およ
び前記第１の管状部材と前記第２の管状部材との間に設
けられ伸縮可能な湾屈曲部と、を有する可撓管と、 固定子と移動子を有し、この固定子と移動子のうちの一
方を前記第１の管状部材に固定され、他方を前記第２の
管状部材に固定され、前記可撓管の中心軸と平行に駆動
力を発生する静電アクチュエータと、 を具備したことを特徴とする多自由度可撓管。 - 【請求項２】 請求項１の多自由度可撓管において、 前記静電アクチュエータを複数設けた ことを特徴とする
多自由度可撓管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21154092A JP3321199B2 (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 多自由度湾曲管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21154092A JP3321199B2 (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 多自由度湾曲管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0654796A JPH0654796A (ja) | 1994-03-01 |
| JP3321199B2 true JP3321199B2 (ja) | 2002-09-03 |
Family
ID=16607540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21154092A Expired - Fee Related JP3321199B2 (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 多自由度湾曲管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3321199B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11198069A (ja) * | 1998-01-09 | 1999-07-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 首振り可能なマイクロデバイスおよびそれを備えたマイクロマシン |
| US6988987B2 (en) | 2002-03-18 | 2006-01-24 | Olympus Corporation | Guide tube |
| WO2005089176A2 (en) * | 2004-03-12 | 2005-09-29 | Sri International | Mechanical meta-materials |
| EP1607036A1 (fr) * | 2004-06-18 | 2005-12-21 | Universite Libre De Bruxelles | Support d' instruments comprenant une bague et montable sur un endoscope |
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-
1992
- 1992-08-07 JP JP21154092A patent/JP3321199B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 樋口俊郎，厚さわずか０．２ｍｍのフィルムが、人工筋肉、マイクロマシンづくりの要となる静電フィルムアクチュエータ，工業材料，株式会社 日刊工業新聞社，１９９２年６月１日，第４０巻、第８号，ｐ．１０３−１０６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0654796A (ja) | 1994-03-01 |
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