JP3443635B2 - 螺旋構造能動可撓管素帯及び螺旋構造能動可撓管 - Google Patents
螺旋構造能動可撓管素帯及び螺旋構造能動可撓管Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、螺旋構造能動可撓管
素帯および螺旋構造能動可撓管に関するものである。こ
の発明の螺旋構造能動可撓管素帯および螺旋構造能動可
撓管はカテーテル、内視鏡、鉗子などの医療産業分野、
細管検査などの工業分野で利用可能である。
素帯および螺旋構造能動可撓管に関するものである。こ
の発明の螺旋構造能動可撓管素帯および螺旋構造能動可
撓管はカテーテル、内視鏡、鉗子などの医療産業分野、
細管検査などの工業分野で利用可能である。
【０００２】
【従来の技術】能動可撓管は体腔または空洞性臓器に挿
入するカテーテルやまたは細管の検査時にその細管に挿
入する検査管として使用できるが、特にカテーテルに付
いて言えば、体腔または空洞性臓器に挿入する際に屈曲
する可撓性を持ち、その屈曲機能を自らが備える能動屈
曲ができる能動カテーテルが開発されてきている。
入するカテーテルやまたは細管の検査時にその細管に挿
入する検査管として使用できるが、特にカテーテルに付
いて言えば、体腔または空洞性臓器に挿入する際に屈曲
する可撓性を持ち、その屈曲機能を自らが備える能動屈
曲ができる能動カテーテルが開発されてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の能動屈曲ができ
るカテーテルは駆動機構として先端から体外へワイヤー
を伸ばして動かすか、ワイヤーに形状記憶合金などで伸
縮性を持たせるもので、駆動力や制御情報の伝達機構が
大きくなり多自由度化が困難であった。一方、円筒の側
面にアクチュエータ（形状記憶合金）と制御回路を集積
した板を張りつけ、省線化を図る方法が提案されている
が、この方法では曲面に板を張り、配線を行う作業に手
間がかかり、配線の集積化と省力化の問題が解決されな
い。
るカテーテルは駆動機構として先端から体外へワイヤー
を伸ばして動かすか、ワイヤーに形状記憶合金などで伸
縮性を持たせるもので、駆動力や制御情報の伝達機構が
大きくなり多自由度化が困難であった。一方、円筒の側
面にアクチュエータ（形状記憶合金）と制御回路を集積
した板を張りつけ、省線化を図る方法が提案されている
が、この方法では曲面に板を張り、配線を行う作業に手
間がかかり、配線の集積化と省力化の問題が解決されな
い。
【０００４】可撓管は寸法や壁厚、形状によって２〜４
自由度を持つ。すなわち２方向への屈曲、軸方向の伸縮
及び軸回りの回転である。管の軸周りの回転をねじり、
それ以外の回転を屈曲、軸方向の伸縮を単に伸縮と呼
ぶ。ねじり、伸縮に対しては壁の厚さを変えたり、また
は蛇腹にするといった形状を変えることによって、自由
度の加減ができる。
自由度を持つ。すなわち２方向への屈曲、軸方向の伸縮
及び軸回りの回転である。管の軸周りの回転をねじり、
それ以外の回転を屈曲、軸方向の伸縮を単に伸縮と呼
ぶ。ねじり、伸縮に対しては壁の厚さを変えたり、また
は蛇腹にするといった形状を変えることによって、自由
度の加減ができる。
【０００５】一方で能動カテーテルに必要な自由度につ
いて考察すると、血管のような細管状の中を進む場合、
軸周りのモーメントはかかりにくい。このような場合に
は屈曲の２自由度で十分である。しかし、挿入部から心
臓を経由する場合が多く、また腹腔や小腸深部、副鼻腔
等への応用を考慮すると軸周りの拘束が必要とされる。
また軸方向に伸縮すると推進力を得る点でも有利であ
る。このように２〜４自由度が必要となる。
いて考察すると、血管のような細管状の中を進む場合、
軸周りのモーメントはかかりにくい。このような場合に
は屈曲の２自由度で十分である。しかし、挿入部から心
臓を経由する場合が多く、また腹腔や小腸深部、副鼻腔
等への応用を考慮すると軸周りの拘束が必要とされる。
また軸方向に伸縮すると推進力を得る点でも有利であ
る。このように２〜４自由度が必要となる。
【０００６】この発明は上記のごとき事情に鑑みてなさ
れたものであって、カテーテルの多自由度化を実現し、
不規則な壁面、一定の壁面を問わず屈曲・進退が可能で
複雑な体腔に進入でき、また、複数の接触面を持つこと
により負荷を分散ができ、拘束が多い環境でも自由に動
けるカテーテル素帯および螺旋構造カテーテル等の螺旋
構造能動可撓管素帯および螺旋構造能動可撓管を提供す
ることを目的とするものである。
れたものであって、カテーテルの多自由度化を実現し、
不規則な壁面、一定の壁面を問わず屈曲・進退が可能で
複雑な体腔に進入でき、また、複数の接触面を持つこと
により負荷を分散ができ、拘束が多い環境でも自由に動
けるカテーテル素帯および螺旋構造カテーテル等の螺旋
構造能動可撓管素帯および螺旋構造能動可撓管を提供す
ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明の螺旋構造能動可撓管素帯は、螺旋状に巻きまた
は可撓性の管体の表面に螺旋状に巻き付けて螺旋構造能
動可撓管を構成する素帯であって、帯状の可撓性の基板
に長手方向に沿って前記基板の上辺部と下辺部との間隔
を制御する複数のリニアアクチュエータを配置しかつ前
記リニアアクチュエータを制御駆動する制御要素と駆動
要素とを配置してなることを特徴としている。またこの
発明の他の螺旋構造能動可撓管素帯は、螺旋状に巻きま
たは可撓性の管体の表面に螺旋状に巻き付けて螺旋構造
能動可撓管を構成する素帯であって、帯状の可撓性の基
板の直交３軸を基板の長手方向のｘ軸、基板の厚さ方向
のｙ軸及び基板の上下幅方向のｚ軸とするとき、前記ｘ
軸に沿って複数のアクチュエータを配置しかつ前記アク
チュエータを制御駆動する制御要素と駆動要素とを配置
してなり、前記アクチュエータは前記ｘ軸の方向におけ
る前記基板の上辺部と下辺部との相対位置、前記ｙ軸の
方向における前記上辺部と下辺部との相対位置及び前記
ｚ軸の方向における前記上辺部と下辺部との相対位置の
うちの少なくとも一つの相対位置を制御するものである
ことを特徴としている。またこの発明の螺旋構造能動可
撓管は、帯状の可撓性の基板に長手方向に沿って前記基
板の上辺部と下辺部との間隔を制御する複数のリニアア
クチュエータを配置しかつ前記リニアアクチュエータを
制御駆動する制御要素と駆動要素とを配置してなる螺旋
構造能動可撓管素帯を螺旋状に巻きまたは可撓性の管体
の表面に螺旋状に巻き付けて構成したことを特徴として
いる。またこの発明の他の螺旋構造可撓管は、螺旋構造
能動可撓管素帯を螺旋状に巻きまたは可撓性の管体の表
面に螺旋状に巻き付けて構成した螺旋構造能動可撓管で
あって、前記螺旋構造能動可撓管素帯は、帯状の可撓性
の基板の直交３軸を基板の長手方向のｘ軸、基板の厚さ
方向のｙ軸及び基板の上下幅方向のｚ軸とするとき、前
記ｘ軸に沿って複数のアクチュエータを配置しかつ前記
アクチュエータを制御駆動する制御要素と駆動要素とを
配置してなり、前記アクチュエータは前記ｘ軸の方向に
おける前記基板の上辺部と下辺部との相対位置、前記ｙ
軸の方向における前記上辺部と下辺部との相対位置及び
前記ｚ軸の方向における前記上辺部と下辺部との相対位
置のうちの少なくとも一つの相対位置を制御するもので
あることを特徴としている。
の発明の螺旋構造能動可撓管素帯は、螺旋状に巻きまた
は可撓性の管体の表面に螺旋状に巻き付けて螺旋構造能
動可撓管を構成する素帯であって、帯状の可撓性の基板
に長手方向に沿って前記基板の上辺部と下辺部との間隔
を制御する複数のリニアアクチュエータを配置しかつ前
記リニアアクチュエータを制御駆動する制御要素と駆動
要素とを配置してなることを特徴としている。またこの
発明の他の螺旋構造能動可撓管素帯は、螺旋状に巻きま
たは可撓性の管体の表面に螺旋状に巻き付けて螺旋構造
能動可撓管を構成する素帯であって、帯状の可撓性の基
板の直交３軸を基板の長手方向のｘ軸、基板の厚さ方向
のｙ軸及び基板の上下幅方向のｚ軸とするとき、前記ｘ
軸に沿って複数のアクチュエータを配置しかつ前記アク
チュエータを制御駆動する制御要素と駆動要素とを配置
してなり、前記アクチュエータは前記ｘ軸の方向におけ
る前記基板の上辺部と下辺部との相対位置、前記ｙ軸の
方向における前記上辺部と下辺部との相対位置及び前記
ｚ軸の方向における前記上辺部と下辺部との相対位置の
うちの少なくとも一つの相対位置を制御するものである
ことを特徴としている。またこの発明の螺旋構造能動可
撓管は、帯状の可撓性の基板に長手方向に沿って前記基
板の上辺部と下辺部との間隔を制御する複数のリニアア
クチュエータを配置しかつ前記リニアアクチュエータを
制御駆動する制御要素と駆動要素とを配置してなる螺旋
構造能動可撓管素帯を螺旋状に巻きまたは可撓性の管体
の表面に螺旋状に巻き付けて構成したことを特徴として
いる。またこの発明の他の螺旋構造可撓管は、螺旋構造
能動可撓管素帯を螺旋状に巻きまたは可撓性の管体の表
面に螺旋状に巻き付けて構成した螺旋構造能動可撓管で
あって、前記螺旋構造能動可撓管素帯は、帯状の可撓性
の基板の直交３軸を基板の長手方向のｘ軸、基板の厚さ
方向のｙ軸及び基板の上下幅方向のｚ軸とするとき、前
記ｘ軸に沿って複数のアクチュエータを配置しかつ前記
アクチュエータを制御駆動する制御要素と駆動要素とを
配置してなり、前記アクチュエータは前記ｘ軸の方向に
おける前記基板の上辺部と下辺部との相対位置、前記ｙ
軸の方向における前記上辺部と下辺部との相対位置及び
前記ｚ軸の方向における前記上辺部と下辺部との相対位
置のうちの少なくとも一つの相対位置を制御するもので
あることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を一実施の
形態を示す図面について説明する。
形態を示す図面について説明する。
【０００９】はじめにアクチュエータによって屈曲、伸
縮及びずれの３自由度を実現する螺旋構造能動可撓管素
帯について述べる。
縮及びずれの３自由度を実現する螺旋構造能動可撓管素
帯について述べる。
【００１０】図１、図２および図３において、１は螺旋
構造能動可撓管素帯の一例としてのカテーテル素帯であ
る。カテーテル素帯１は帯状の基板２を有する。この基
板２は可撓性のある柔軟な材料で構成する。このような
材料としては、例えば幅が１０ｍｍ，厚さが１００μ
ｍ，長さが１００ｍｍのポリアミドの帯体を使用するこ
とができる。
構造能動可撓管素帯の一例としてのカテーテル素帯であ
る。カテーテル素帯１は帯状の基板２を有する。この基
板２は可撓性のある柔軟な材料で構成する。このような
材料としては、例えば幅が１０ｍｍ，厚さが１００μ
ｍ，長さが１００ｍｍのポリアミドの帯体を使用するこ
とができる。
【００１１】基板２の直交３軸をｘ，ｙ，ｚとする。す
なわち帯状の基板の長手方向の軸をｘ軸、ｘ軸に直交す
る基板の厚み方向の軸をｙ軸、ｘ軸に直交する基板の上
下方向の幅方向の軸をｚ軸とすると、基板２は上辺部３
と下辺部４との相対位置すなわちカテーテル素帯１の上
辺部３と下辺部４との幅方向（ｚ軸の方向）の間隔Ｗ及
びカテーテル素帯１のｘ軸方向の間隔Ｌ並びにカテーテ
ル素帯１の上辺部３と下辺部４との厚み方向（ｙ軸の方
向）の間隔Ｓが特に柔軟性を与えられて伸縮可変であ
る。基板はこの柔軟性を与えて間隔可変の構造にするた
めに、長さ方向に間欠的にまたは連続して上辺部３と下
辺部４との間に柔軟性を与えるための間隔可変部５を構
成している。この間隔可変部５は基板２のｘ軸の方向に
間欠的にまたは連続して基板の厚みを小さくして伸縮変
形に対する抵抗を小さくするか、または上辺部３と下辺
部４との間の基板の素材をその部分だけ窓状に欠除させ
て構成し、或いは基板の素材を部分的に欠除して構成し
たものである。
なわち帯状の基板の長手方向の軸をｘ軸、ｘ軸に直交す
る基板の厚み方向の軸をｙ軸、ｘ軸に直交する基板の上
下方向の幅方向の軸をｚ軸とすると、基板２は上辺部３
と下辺部４との相対位置すなわちカテーテル素帯１の上
辺部３と下辺部４との幅方向（ｚ軸の方向）の間隔Ｗ及
びカテーテル素帯１のｘ軸方向の間隔Ｌ並びにカテーテ
ル素帯１の上辺部３と下辺部４との厚み方向（ｙ軸の方
向）の間隔Ｓが特に柔軟性を与えられて伸縮可変であ
る。基板はこの柔軟性を与えて間隔可変の構造にするた
めに、長さ方向に間欠的にまたは連続して上辺部３と下
辺部４との間に柔軟性を与えるための間隔可変部５を構
成している。この間隔可変部５は基板２のｘ軸の方向に
間欠的にまたは連続して基板の厚みを小さくして伸縮変
形に対する抵抗を小さくするか、または上辺部３と下辺
部４との間の基板の素材をその部分だけ窓状に欠除させ
て構成し、或いは基板の素材を部分的に欠除して構成し
たものである。
【００１２】この基板２にｘ軸の方向に沿って基板の上
辺部３と下辺部４との間隔Ｗ、Ｌ及びＳのうちの少なく
とも一つを制御する複数のアクチュエータ６を配置しか
つアクチュエータ６を制御駆動する制御回路７と駆動回
路８を配置している。基板の上辺部３と下辺部４はアク
チュエータ６で連結され、それぞれの間隔が動くように
なっている。
辺部３と下辺部４との間隔Ｗ、Ｌ及びＳのうちの少なく
とも一つを制御する複数のアクチュエータ６を配置しか
つアクチュエータ６を制御駆動する制御回路７と駆動回
路８を配置している。基板の上辺部３と下辺部４はアク
チュエータ６で連結され、それぞれの間隔が動くように
なっている。
【００１３】制御回路７には制御信号伝達線９が接続し
ている。駆動回路８には動力伝達部（正）１０、動力伝
達部（陰）１１が接続している。制御回路７の一例を図
４に示す。
ている。駆動回路８には動力伝達部（正）１０、動力伝
達部（陰）１１が接続している。制御回路７の一例を図
４に示す。
【００１４】アクチュエータ６の構成とその数、位置及
び姿勢等の設置態様を選択することによって、カテーテ
ル素帯１の自由度を選択することができる。
び姿勢等の設置態様を選択することによって、カテーテ
ル素帯１の自由度を選択することができる。
【００１５】アクチュエータの種類には例えばリニアア
クチュエータ６Ｌや屈曲動アクチュエータ６Ｍが考えら
れる。リニアアクチュエータ６Ｌには形状記憶合金や超
音波アクチュエータ、流体圧アクチュエータが、また屈
曲動アクチュエータ６Ｍには屈曲を記憶させた形状記憶
合金が考えられる。
クチュエータ６Ｌや屈曲動アクチュエータ６Ｍが考えら
れる。リニアアクチュエータ６Ｌには形状記憶合金や超
音波アクチュエータ、流体圧アクチュエータが、また屈
曲動アクチュエータ６Ｍには屈曲を記憶させた形状記憶
合金が考えられる。
【００１６】アクチュエータ６に形状記憶合金を用いた
リニアアクチュエータ６Ｌを用いて上辺部３と下辺部４
の間隔Ｗを変える１自由度を与える場合の構成例を図５
及び図６（ａ）に示す。リニアアクチュエータ６Ｌとし
ては伸長用形状記憶合金線６ａ、および収縮用形状記憶
合金線６ｂを一対として用い、駆動回路８としてスイッ
チング回路（伸長用）８ａ、スイッチング回路（収縮
用）８ｂを用い、駆動伝達部（正）１０として動力電源
線、動力伝達部（陰）１１としてグランド線を用いる。
リニアアクチュエータ６Ｌとして超音波アクチュエータ
を用いた場合も駆動回路８としてはほぼ同様の構成とな
る。ただしリニアアクチュエータ６Ｌとして流体圧アク
チュエータを使用した場合には、動力伝達部（正）１０
としては正流体圧回路（圧力が高い方）を用い、動力伝
達部（陰）１１としては陰流体圧回路（圧力が低い方）
を用いることになる。
リニアアクチュエータ６Ｌを用いて上辺部３と下辺部４
の間隔Ｗを変える１自由度を与える場合の構成例を図５
及び図６（ａ）に示す。リニアアクチュエータ６Ｌとし
ては伸長用形状記憶合金線６ａ、および収縮用形状記憶
合金線６ｂを一対として用い、駆動回路８としてスイッ
チング回路（伸長用）８ａ、スイッチング回路（収縮
用）８ｂを用い、駆動伝達部（正）１０として動力電源
線、動力伝達部（陰）１１としてグランド線を用いる。
リニアアクチュエータ６Ｌとして超音波アクチュエータ
を用いた場合も駆動回路８としてはほぼ同様の構成とな
る。ただしリニアアクチュエータ６Ｌとして流体圧アク
チュエータを使用した場合には、動力伝達部（正）１０
としては正流体圧回路（圧力が高い方）を用い、動力伝
達部（陰）１１としては陰流体圧回路（圧力が低い方）
を用いることになる。
【００１７】この他にアクチュエータ６として湾曲した
形状を記憶した形状記憶合金を使用した屈曲動アクチュ
エータ６Ｍを使用し、その変形及び復元を制御して図６
（ｂ）に示すように、カテーテル素帯の上辺部３と下辺
部４の間隔Ｓをかえる１自由度を与えることができる。
さらに、リニアアクチュエータ６Ｌの運動の方向をｘ軸
に傾斜させることによって、またはｘ軸に傾斜した変形
を記憶した屈曲動アクチュエータ６Ｍを動作させること
により、図６（ｃ）に示すように、カテーテル素帯の上
辺部３と下辺部４とのｘ軸方向の相対位置が変化するず
れを生じる１自由度を与えることができる。
形状を記憶した形状記憶合金を使用した屈曲動アクチュ
エータ６Ｍを使用し、その変形及び復元を制御して図６
（ｂ）に示すように、カテーテル素帯の上辺部３と下辺
部４の間隔Ｓをかえる１自由度を与えることができる。
さらに、リニアアクチュエータ６Ｌの運動の方向をｘ軸
に傾斜させることによって、またはｘ軸に傾斜した変形
を記憶した屈曲動アクチュエータ６Ｍを動作させること
により、図６（ｃ）に示すように、カテーテル素帯の上
辺部３と下辺部４とのｘ軸方向の相対位置が変化するず
れを生じる１自由度を与えることができる。
【００１８】このように構成されたカテーテル素帯１は
図７に示すように螺旋状に巻かれ、または可撓性の管体
１２の表面に螺旋状に巻き付けてカテーテル１３を構成
する。このときアクチュエータ６はカテーテル素帯の１
巻き間に複数個あるように等間隔に配置されている。こ
のカテーテル素帯１を用いたカテーテル１３では制御回
路７に制御信号伝達線９から信号を伝達して動力伝達線
１０からアクチュエータ６に動力を供給すると、アクチ
ュエータ６の伸縮により屈曲、伸縮、ねじりの２−４自
由度の運動をする。すなわちアクチュエータの種類と配
置を変え、各方向の柔軟性を変えることで、２方向の屈
曲と伸縮及びねじりのいずれかあるいは全部を実現でき
る。
図７に示すように螺旋状に巻かれ、または可撓性の管体
１２の表面に螺旋状に巻き付けてカテーテル１３を構成
する。このときアクチュエータ６はカテーテル素帯の１
巻き間に複数個あるように等間隔に配置されている。こ
のカテーテル素帯１を用いたカテーテル１３では制御回
路７に制御信号伝達線９から信号を伝達して動力伝達線
１０からアクチュエータ６に動力を供給すると、アクチ
ュエータ６の伸縮により屈曲、伸縮、ねじりの２−４自
由度の運動をする。すなわちアクチュエータの種類と配
置を変え、各方向の柔軟性を変えることで、２方向の屈
曲と伸縮及びねじりのいずれかあるいは全部を実現でき
る。
【００１９】また柔軟性についていえばカテーテル等の
螺旋構造能動可撓管は屈曲、伸縮、ねじりの２〜４自由
度を有する。螺旋構造能動可撓管の屈曲の柔軟性は大き
く、伸縮、ねじりの柔軟性は小さいが、螺旋構造能動可
撓管を蛇腹にしたり、螺旋構造能動可撓管若しくは螺旋
構造能動可撓管素帯に切り込みを入れたり、窓状に欠除
させることで柔軟性を補うことができる。
螺旋構造能動可撓管は屈曲、伸縮、ねじりの２〜４自由
度を有する。螺旋構造能動可撓管の屈曲の柔軟性は大き
く、伸縮、ねじりの柔軟性は小さいが、螺旋構造能動可
撓管を蛇腹にしたり、螺旋構造能動可撓管若しくは螺旋
構造能動可撓管素帯に切り込みを入れたり、窓状に欠除
させることで柔軟性を補うことができる。
【００２０】カテーテル等の螺旋構造能動可撓管につい
て以下の各自由度を実現する場合の個別事項について図
８及び図９に基づき説明する。
て以下の各自由度を実現する場合の個別事項について図
８及び図９に基づき説明する。
【００２１】屈曲・伸縮・ねじりの４自由度螺旋構造能
動可撓管−図８（ａ）参照 リニアアクチュエータ６（６Ｌ）が螺旋構造能動可撓管
素帯の１巻きあたり４つあるように配置し、上辺部と下
辺部の間隔を制御する。この際、巻き付ける管には屈
曲、ねじり、伸縮に対して十分柔軟性を持っていること
が必要である。また、アクチュエータがすべて同一の方
向を向いてはならない。上辺部、下辺部それぞれで３つ
以上の点で支えられることが、屈曲、ねじりの外力に桔
抗するために必要である。この場合の螺旋構造能動可撓
管の運動を図９ａに示す。
動可撓管−図８（ａ）参照 リニアアクチュエータ６（６Ｌ）が螺旋構造能動可撓管
素帯の１巻きあたり４つあるように配置し、上辺部と下
辺部の間隔を制御する。この際、巻き付ける管には屈
曲、ねじり、伸縮に対して十分柔軟性を持っていること
が必要である。また、アクチュエータがすべて同一の方
向を向いてはならない。上辺部、下辺部それぞれで３つ
以上の点で支えられることが、屈曲、ねじりの外力に桔
抗するために必要である。この場合の螺旋構造能動可撓
管の運動を図９ａに示す。
【００２２】屈曲・伸縮の３自由度螺旋構造能動可撓管
−図８（ｂ）参照 リニアアクチュエータ６（６Ｌ）が螺旋構造能動素帯可
撓管素帯の１巻きあたり３つあるように配置し、上辺部
と下辺部の間隔を制御する。この際、屈曲・伸縮に対し
ては十分柔軟性を持つことが求められる。空洞で使用す
るときのように軸まわりのモーメントがかかる場合は、
ねじりに対して十分に剛性を持つことが求められる。そ
れぞれのアクチュエータを伸縮させることで屈曲・伸縮
を行うことができる。この場合の螺旋構造能動可撓管の
運動を図９ｂに示す。
−図８（ｂ）参照 リニアアクチュエータ６（６Ｌ）が螺旋構造能動素帯可
撓管素帯の１巻きあたり３つあるように配置し、上辺部
と下辺部の間隔を制御する。この際、屈曲・伸縮に対し
ては十分柔軟性を持つことが求められる。空洞で使用す
るときのように軸まわりのモーメントがかかる場合は、
ねじりに対して十分に剛性を持つことが求められる。そ
れぞれのアクチュエータを伸縮させることで屈曲・伸縮
を行うことができる。この場合の螺旋構造能動可撓管の
運動を図９ｂに示す。
【００２３】屈曲・ねじりの３自由度螺旋構造能動可撓
管−図８（ｃ）参照 屈曲動できるアクチュエータ６（６Ｍ）を用いたもの。
屈曲動アクチュエータ６（６Ｍ）には屈曲を記憶させた
形状記憶合金を想定している。それぞれ外側（あるいは
内側）に屈曲する形状記憶合金を螺旋構造の四方に配置
することで管の２方向への屈曲を可能にし、またこの屈
曲動アクチュエータ６（６Ｍ）を上辺部と下辺部がずれ
る方向、つまり、基板のｘ軸の方向に沿って上辺部と下
辺部の相対位置が変わる方向に配置する（図８（ｃ）中
の６（６Ｍ´）で示す）ことで管のねじり方向への屈曲
を可能にする。この際、螺旋構造能動可撓管は屈曲・ね
じり方向への十分な柔軟性を持つことが求められる。こ
の場合の螺旋構造能動可撓管の運動を図９（ｃ）に示
す。
管−図８（ｃ）参照 屈曲動できるアクチュエータ６（６Ｍ）を用いたもの。
屈曲動アクチュエータ６（６Ｍ）には屈曲を記憶させた
形状記憶合金を想定している。それぞれ外側（あるいは
内側）に屈曲する形状記憶合金を螺旋構造の四方に配置
することで管の２方向への屈曲を可能にし、またこの屈
曲動アクチュエータ６（６Ｍ）を上辺部と下辺部がずれ
る方向、つまり、基板のｘ軸の方向に沿って上辺部と下
辺部の相対位置が変わる方向に配置する（図８（ｃ）中
の６（６Ｍ´）で示す）ことで管のねじり方向への屈曲
を可能にする。この際、螺旋構造能動可撓管は屈曲・ね
じり方向への十分な柔軟性を持つことが求められる。こ
の場合の螺旋構造能動可撓管の運動を図９（ｃ）に示
す。
【００２４】屈曲の２自由度螺旋構造能動可撓管（その
１）−図８（ｄ）参照 同じく屈曲動アクチュエータ６（６Ｍ）を用いたもの。
屈曲動アクチュエータ６（６Ｍ）には屈曲を記憶させた
形状記憶合金を想定している。それぞれ外側（あるいは
内側）に屈曲動アクチュエータ６（６Ｍ）を螺旋構造の
４方に配置することで螺旋構造能動可撓管の２方向への
屈曲を可能にしている。この際、螺旋構造能動可撓管は
屈曲方向への十分な柔軟性を持つことが求められる。こ
の場合の螺旋構造能動可撓管の運動を図９（ｄ）に示
す。
１）−図８（ｄ）参照 同じく屈曲動アクチュエータ６（６Ｍ）を用いたもの。
屈曲動アクチュエータ６（６Ｍ）には屈曲を記憶させた
形状記憶合金を想定している。それぞれ外側（あるいは
内側）に屈曲動アクチュエータ６（６Ｍ）を螺旋構造の
４方に配置することで螺旋構造能動可撓管の２方向への
屈曲を可能にしている。この際、螺旋構造能動可撓管は
屈曲方向への十分な柔軟性を持つことが求められる。こ
の場合の螺旋構造能動可撓管の運動を図９（ｄ）に示
す。
【００２５】屈曲の２自由度（その２）−図８（ｅ）参
照 リニアアクチュエータ６（６Ｌ）により壁面の長さ
（Ｗ）を変えることで屈曲するもの。２自由度に対抗し
て２つの伸縮で十分であるが、図中ではバランスを考え
１周あたり４つのリニアアクチュエータを配置し、向か
いあうアクチュエータが相反するように動く（伸びれば
縮む）。この際、螺旋構造能動可撓管は屈曲に対し十分
な柔軟性を持つものとする。空洞で使用するときのよう
に軸まわりのモーメントがある場合は、ねじりに対し剛
性を持つものとする。この場合の螺旋構造能動可撓管の
運動を図９（ｅ）に示す。
照 リニアアクチュエータ６（６Ｌ）により壁面の長さ
（Ｗ）を変えることで屈曲するもの。２自由度に対抗し
て２つの伸縮で十分であるが、図中ではバランスを考え
１周あたり４つのリニアアクチュエータを配置し、向か
いあうアクチュエータが相反するように動く（伸びれば
縮む）。この際、螺旋構造能動可撓管は屈曲に対し十分
な柔軟性を持つものとする。空洞で使用するときのよう
に軸まわりのモーメントがある場合は、ねじりに対し剛
性を持つものとする。この場合の螺旋構造能動可撓管の
運動を図９（ｅ）に示す。
【００２６】
【発明の効果】この発明の螺旋構造能動可撓管素帯及び
螺旋構造能動可撓管によると、螺旋構造能動可撓管素帯
が平面状であるために、微少なアクチュエータやセンサ
の製作は平面上で行われることとなり従来の集積技術を
そのまま応用できる。またこの発明の螺旋構造能動可撓
管は平面外で作られた要素を組込む上でも有利に働く。
さらにすべてのアクチュエータとセンサは連続した平面
に構成されるため、この平面状で配線をすることができ
配線の集積化が容易である。従来の能動カテーテルでは
個々のアクチュエータとセンサは別々に製作されていた
ため、組立ての段階で配線をしなければならず製作を困
難かつ高コストにしていた。またこの発明では集積回路
を用いれば制御回路も作り込むことが可能でありこれに
より省線化も可能である。
螺旋構造能動可撓管によると、螺旋構造能動可撓管素帯
が平面状であるために、微少なアクチュエータやセンサ
の製作は平面上で行われることとなり従来の集積技術を
そのまま応用できる。またこの発明の螺旋構造能動可撓
管は平面外で作られた要素を組込む上でも有利に働く。
さらにすべてのアクチュエータとセンサは連続した平面
に構成されるため、この平面状で配線をすることができ
配線の集積化が容易である。従来の能動カテーテルでは
個々のアクチュエータとセンサは別々に製作されていた
ため、組立ての段階で配線をしなければならず製作を困
難かつ高コストにしていた。またこの発明では集積回路
を用いれば制御回路も作り込むことが可能でありこれに
より省線化も可能である。
【００２７】能動カテーテルに必要な自由度について考
察すると、血管のような細管状の中を進む場合は、軸周
りのモーメントはかかりにくい。このような場合には屈
曲の２自由度で十分である。しかし、能動カテーテルは
挿入部から心臓を経由する場合も多く、また腹腔や小腸
深部、副鼻腔等への応用を考慮すると能動カテーテルに
は軸周りの拘束が必要とされる。また軸方向に伸縮する
と推進力を得る点でも有利である。この発明によりそれ
ぞれの用途に応じた自由度の能動カテーテルを実現でき
る。
察すると、血管のような細管状の中を進む場合は、軸周
りのモーメントはかかりにくい。このような場合には屈
曲の２自由度で十分である。しかし、能動カテーテルは
挿入部から心臓を経由する場合も多く、また腹腔や小腸
深部、副鼻腔等への応用を考慮すると能動カテーテルに
は軸周りの拘束が必要とされる。また軸方向に伸縮する
と推進力を得る点でも有利である。この発明によりそれ
ぞれの用途に応じた自由度の能動カテーテルを実現でき
る。
【００２８】以上の説明から明らかな通り、この発明に
よれば、カテーテルなどの能動可撓管の多自由度化を実
現し、不規則な壁面、一定の壁面を問わず屈曲・進退が
可能で複雑な体腔に進入でき、また、複数の接触面を持
つことにより負荷を分散ができ、拘束が多い環境でも自
由に動けるカテーテル素帯および螺旋構造カテーテルな
どの螺旋構造能動可撓管素帯及び螺旋構造能動可撓管を
得ることができる。
よれば、カテーテルなどの能動可撓管の多自由度化を実
現し、不規則な壁面、一定の壁面を問わず屈曲・進退が
可能で複雑な体腔に進入でき、また、複数の接触面を持
つことにより負荷を分散ができ、拘束が多い環境でも自
由に動けるカテーテル素帯および螺旋構造カテーテルな
どの螺旋構造能動可撓管素帯及び螺旋構造能動可撓管を
得ることができる。
【図１】螺旋構造能動可撓管素帯の斜視説明図
【図２】図１におけるｘ−ｘ部断面拡大説明図
【図３】図１におけるＡ部拡大説明図
【図４】制御回路を示す回路図
【図５】他の螺旋構造能動可撓管素帯の拡大斜視説明図
【図６】螺旋構造能動可撓管素帯の運動を示す斜視説明
図
図
【図７】螺旋構造能動可撓管を製作する工程を示す工程
説明図
説明図
【図８】螺旋構造能動可撓管の各自由度における構成を
示す説明図
示す説明図
【図９】螺旋構造能動可撓管の各自由度における運動を
示す説明図
示す説明図
１ カテーテル素帯
２ 基板
３ 上辺部
４ 下辺部
５ 間隔可変部
６ アクチュエータ
６ａ 伸長用形状記憶合金線
６ｂ 収縮用形状記憶合金線
６Ｌ リニアアクチュエータ
６Ｍ 屈曲動アクチュエータ
７ 制御回路
８ 駆動回路
８ａ スイッチング回路（伸縮用）
８ｂ スイッチング回路（収縮用）
９ 制御信号伝達線
１０ 動力伝達部（正）
１１ 動力伝達部（陰）
１２ 管体
１３ カテーテル
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−24014（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−292652（ＪＰ，Ａ)
特表 平８−510024（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61M 25/00
A61B 1/00
A61B 17/00
Claims (12)
- 【請求項１】 螺旋状に巻きまたは可撓性の管体の表面
に螺旋状に巻き付けて螺旋構造能動可撓管を構成する素
帯であって、帯状の可撓性の基板に長手方向に沿って前
記基板の上辺部と下辺部との間隔を制御する複数のリニ
アアクチュエータを配置しかつ前記リニアアクチュエー
タを制御駆動する制御要素と駆動要素とを配置してなる
ことを特徴とする螺旋構造能動可撓管素帯 - 【請求項２】螺旋状に巻きまたは可撓性の管体の表面に
螺旋状に巻き付けて螺旋構造能動可撓管を構成する素帯
であって、帯状の可撓性の基板に長手方向に沿って前記
基板の上辺部と下辺部との間隔を制御する複数のリニア
アクチュエータを配置しかつ前記リニアアクチュエータ
を制御駆動する制御要素と駆動要素とを配置してなる螺
旋構造能動可撓管素帯であって、前記基板は長さ方向に
間欠的にまたは連続して位置していて上辺部と下辺部と
の間隔が可変の間隔可変部が構成されたことを特徴とす
る螺旋構造能動可撓管素帯 - 【請求項３】前記間隔可変部は基板の長さ方向に間欠的
にまたは連続して位置していて上辺部と下辺部との間の
前記基板の素材を欠除させて構成したものであることを
特徴とする請求項２記載の螺旋構造能動可撓管素帯 - 【請求項４】帯状の可撓性の基板に長手方向に沿って前
記基板の上辺部と下辺部との間隔を制御する複数のリニ
アアクチュエータを配置しかつ前記リニアアクチュエー
タを制御駆動する制御要素と駆動要素とを配置してなる
螺旋構造能動可撓管素帯を螺旋状に巻きまたは可撓性の
管体の表面に螺旋状に巻き付けて構成したことを特徴と
する螺旋構造能動可撓管 - 【請求項５】帯状の可撓性の基板に長手方向に沿って前
記基板の上辺部と下辺部との間隔を制御する複数のリニ
アアクチュエータを配置しかつ前記リニアアクチュエー
タを制御駆動する制御要素と駆動要素とを配置してなる
螺旋構造能動可撓管素帯であって、前記基板は長さ方向
に間欠的にまたは連続して位置していて上辺部と下辺部
との間隔が可変の間隔可変部が構成され、前記リニアア
クチュエータは前記間隔可変部に配設され、前記螺旋構
造能動可撓管素帯を螺旋状に巻きまたは可撓性の管体の
表面に螺旋状に巻き付けて構成したことを特徴とする螺
旋構造能動可撓管 - 【請求項６】前記間隔可変部は基板の長さ方向に間欠的
にまたは連続して位置していて上辺部と下辺部との間の
前記基板の素材を欠除させて構成したものであることを
特徴とする請求項５記載の螺旋構造能動可撓管 - 【請求項７】螺旋状に巻きまたは可撓性の管体の表面に
螺旋状に巻き付けて螺旋構造能動可撓管を構成する素帯
であって、帯状の可撓性の基板の直交３軸を基板の長手
方向のｘ軸、基板の厚さ方向のｙ軸及び基板の上下幅方
向のｚ軸とするとき、前記ｘ軸に沿って複数のアクチュ
エータを配置しかつ前記アクチュエータを制御駆動する
制御要素と駆動要素とを配置してなり、前記アクチュエ
ータは前記ｘ軸の方向における前記基板の上辺部と下辺
部との相対位置、前記ｙ軸の方向における前記上辺部と
下辺部との相対位置及び前記ｚ軸の方向における前記上
辺部と下辺部との相対位置のうちの少なくとも一つの相
対位置を制御するものであることを特徴とする螺旋構造
能動可撓管素帯 - 【請求項８】螺旋状に巻きまたは可撓性の管体の表面に
螺旋状に巻き付けて螺旋構造能動可撓管を構成する素帯
であって、帯状の可撓性の基板の直交３軸を基板の長手
方向のｘ軸、基板の厚さ方向のｙ軸及び基板の上下幅方
向のｚ軸とするとき、前記ｘ軸に沿って複数のアクチュ
エータを配置しかつ前記アクチュエータを制御駆動する
制御要素と駆動要素とを配置してなり、前記アクチュエ
ータは前記ｘ軸の方向における前記基板の上辺部と下辺
部との相対位置、前記ｙ軸の方向における前記上辺部と
下辺部との相対位置及び前記ｚ軸の方向における前記上
辺部と下辺部との相対位置のうちの少なくとも一つの相
対位置を制御するものである螺旋構造能動可撓管素帯で
あって、前記基板は前記ｘ軸に沿って間欠的にまたは連
続して位置していて前記ｘ軸の方向における前記基板の
上辺部と下辺部との相対位置、前記ｙ軸の方向における
前記上辺部と下辺部との相対位置及び前記ｚ軸の方向に
おける前記上辺部と下辺部との相対位置のうちの少なく
とも一つの相対位置が可変の間隔可変部が構成されたこ
とを特徴とする螺旋構造能動可撓管素帯 - 【請求項９】前記間隔可変部は基板のｘ軸の方向に間欠
的にまたは連続して位置していて前記基板の素材を部分
的に欠除させて構成したものであることを特徴とする請
求項８記載の螺旋構造能動可撓管素帯 - 【請求項１０】螺旋構造能動可撓管素帯を螺旋状に巻き
または可撓性の管体の表面に螺旋状に巻き付けて構成し
た螺旋構造能動可撓管であって、前記螺旋構造能動可撓
管素帯は、帯状の可撓性の基板の直交３軸を基板の長手
方向のｘ軸、基板の厚さ方向のｙ軸及び基板の上下幅方
向のｚ軸とするとき、前記ｘ軸に沿って複数のアクチュ
エータを配置しかつ前記アクチュエータを制御駆動する
制御要素と駆動要素とを配置してなり、前記アクチュエ
ータは前記ｘ軸の方向における前記基板の上辺部と下辺
部との相対位置、前記ｙ軸の方向における前記上辺部と
下辺部との相対位置及び前記ｚ軸の方向における前記上
辺部と下辺部との相対位置のうちの少なくとも一つの相
対位置を制御するものであることを特徴とする螺旋構造
能動可撓管 - 【請求項１１】螺旋構造能動可撓管素帯を螺旋状に巻き
または可撓性の管体の表面に螺旋状に巻き付けて構成し
た螺旋構造能動可撓管であって、前記螺旋構造能動可撓
管素帯は、帯状の可撓性の基板の直交３軸を基板の長手
方向のｘ軸、基板の厚さ方向のｙ軸及び基板の上下幅方
向のｚ軸とするとき、前記ｘ軸に沿って複数のアクチュ
エータを配置しかつ前記アクチュエータを制御駆動する
制御要素と駆動要素とを配置してなり、前記アクチュエ
ータは前記ｘ軸の方向における前記基板の上辺部と下辺
部との相対位置、前記ｙ軸の方向における前記上辺部と
下辺部との相対位置及び前記ｚ軸の方向における前記上
辺部と下辺部との相対位置のうちの少なくとも一つの相
対位置を制御するものである螺旋構造能動可撓管素帯で
あって、前記基板は前記ｘ軸に沿って間欠的にまたは連
続して位置していて前記ｘ軸の方向における前記基板の
上辺部と下辺部との相対位置、前記ｙ軸の方向における
前記上辺部と下辺部との相対位置及び前記ｚ軸の方向に
おける前記上辺部と下辺部との相対位置のうちの少なく
とも一つの相対位置が可変の間隔可変部が構成されたこ
とを特徴とする螺旋構造能動可撓管 - 【請求項１２】前記間隔可変部は基板のｘ軸の方向に間
欠的にまたは連続して位置していて前記基板の素材を部
分的に欠除させて構成したものであることを特徴とする
請求項１１記載の螺旋構造能動可撓管
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36913798A JP3443635B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 螺旋構造能動可撓管素帯及び螺旋構造能動可撓管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36913798A JP3443635B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 螺旋構造能動可撓管素帯及び螺旋構造能動可撓管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000189518A JP2000189518A (ja) | 2000-07-11 |
| JP3443635B2 true JP3443635B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=18493660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36913798A Expired - Lifetime JP3443635B2 (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 螺旋構造能動可撓管素帯及び螺旋構造能動可撓管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3443635B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102753231A (zh) * | 2010-02-05 | 2012-10-24 | 泰尔茂株式会社 | 导丝 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4261166B2 (ja) | 2002-11-29 | 2009-04-30 | Ｈｏｙａ株式会社 | フォトサーマルアクチュエータおよびフォトサーマルアクチュエータが備えられた装置 |
| US20070038224A1 (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-15 | Ethicon Endo-Surgery, Inc. | Electroactive polymer-based flexing access port |
-
1998
- 1998-12-25 JP JP36913798A patent/JP3443635B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102753231A (zh) * | 2010-02-05 | 2012-10-24 | 泰尔茂株式会社 | 导丝 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000189518A (ja) | 2000-07-11 |
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