JP6423374B2 - 操作用中空撚り線 - Google Patents

Description

本発明は、例えば医療用器具にも用いられうる操作用中空撚り線に関する。

従来、操作用ワイヤロープ等が一構成部品として用いられる医療用器具（医療機器ともいう）がある。このような医療用器具としては、例えば、特開平８−１２６６４８号公報に開示された内視鏡用処置具が知られている。この内視鏡用処置具では、その手元の操作部と先端の処置部とが、トルク伝達性を有する操作用ワイヤロープによって接続されている。操作者が、上記処置部を患者の体腔内に挿入し、上記操作部を操作することにより、操作用ワイヤロープがその操作力を処置部に伝達する。この操作用ワイヤロープは、操作部からの押し力、引き力、回転力（トルク）を、処置部に伝達しうる。伝達された力により、体内の治療対象部位に対し、医療措置が施されうる。

操作用ワイヤロープには、その目的に応じ、押し引き力の伝達性はもちろんのこと、優れたトルク伝達性（回転追随性）が求められる。操作用ワイヤロープのトルク伝達性等が不十分であると、操作部の操作が処置部において再現されない。さらに、特に医療機器の分野では、医療機器の細径化に伴い、操作用ワイヤロープのしなやかさが求められている。

特開平６−６３１４２号公報には、診断治療用カテーテルとして用いられるコイル状を呈したパイプが開示されている。このパイプは、金属線材がコイル状に巻回されることにより、形成されている。このパイプにおいては、隣接するコイル部同士が、コイル状形成による初期復元力により、互いに圧接している。このカテーテルにも、前述したと同様に、柔軟性、押し引き力の伝達性に含まれるプッシュアビリティ、トルク伝達性等が要求される。

特開平８−１２６６４８号公報 特開平６−６３１４２号公報

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、トルク伝達性に優れた操作用中空撚り線を提供することを目的としている。

本発明に係る操作用中空撚り線では、最外層である側素線又は側ストランドが、中空撚り線からばらされた状態において呈しているスパイラル形状の、長径を短径で除した縦横比である扁平度が、１．００を超え１．１０以下にされている。

好ましくは、破断荷重の１．０％の引っ張り荷重が負荷されたときの伸び率が、０．２０％以上０．４０％以下である。

好ましくは、上記伸び率が、０．２５％以上０．３５％以下である。

好ましくは、上記扁平度が、１．０１以上１．０５以下である。

好ましくは、上記側素線又は側ストランドの撚り角が、１５°以上である。

本発明に係る操作用中空撚り線は、トルク伝達性に優れている。

図１は、本発明に係る操作用中空撚り線の一実施形態の一部を示す斜視図である。 図２は、本発明に係る操作用中空撚り線の他の実施形態を示す横断面図である。 図３は、図１の操作用中空撚り線を製造する工程におけるワイヤーロープの一例を示す横断面図である。 図４は、操作用中空撚り線のトルク伝達性評価試験方法の概略を説明する斜視図である。 図５は、操作用中空撚り線の基端側の回転角と、同時点の先端側の回転角とを対応付けたグラフである。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１及び図２には、本発明に係る操作用中空撚り線（以下、単に中空撚り線とも言う）の互いに異なる実施形態が例示されている。いずれの中空撚り線２、１０も、複数本の素線を撚り合わせた構成を有している。ただし、本発明は、図１及び図２に示された実施形態に係る構成には限定されない。

図１に示された中空撚り線２は、６本の素線４から構成された層６、すなわち、１層６条からなる撚り構成を有している。この中空撚り線２は、トンネル状の内部空間８を有している。

図２に示された中空撚り線１０は、下層（内層）１２及び上層（外層）１４の２層を有している。下層１２は、６本の素線１６からなる１層６条の撚り構成を有している。上層１４は、１２本の素線１８からなる１層１２条の撚り構成を有している。この中空撚り線１０は、トンネル状の内部空間２０を有している。この中空撚り線１０では、その横断面形状を円形に近づけるため、互いに径の異なる側素線１８が用いられている。しかし、かかる構成には限定されず、全側素線１８が同一径であってもよい。

最外層を構成する上記素線４、１８は、側素線とも呼ばれる。最外層を構成するのが素線ではなく、ストランドである場合、これは側ストランドとも呼ばれる。医療用器具に用いる操作用中空撚り線の撚り構成としては、上記中空撚り線２、１０が相応しいものであるが、これらに限定されない。

中空撚り線は、ワイヤーロープの撚り線機を用いることにより、ワイヤーロープを撚るときと同様に撚って製造することができる。この場合、以下の２通りの製造方法がある。第１の方法は、芯線も芯ストランドも入れずに、プレフォームされた側素線、側ストランド等を、円周に沿って撚り込む。この撚り工程により、中空撚り線が形成される。次いで、この中空撚り線に後熱処理を施す。第２の方法は、芯線又は芯ストランドを入れて、プレフォームされた側素線、側ストランド等を、円周に沿って撚り込む。この撚り工程により、ワイヤーロープが形成される。次いで、このワイヤーロープに後熱処理を施す。このワイヤーロープを所定長さに切断した後、上記芯線又は芯ストランドを引き抜くことにより、中空撚り線が出来上がる。

以下に、上記中空撚り線の製造工程が簡単に説明される。まず、中空撚り線を構成する各素線は、伸線加工工程において、必要とする引っ張り強度が得られるように調整される。ついで、撚り線加工工程において、側素線又は側ストランドに対しては、プレフォーマーにより、後述する必要な扁平度を与えるべく、プレフォームが行われる。特に、側素線又は側ストランドのスパイラルの横断面が扁平状となるようにプレフォームされる。すなわち、側素線又は側ストランドのスパイラルが、真円ではなく楕円形又は長円形を呈するようにプレフォームされる。そして、上記撚り線機により、これらの素線又はストランドが撚られる。この撚り工程において、芯線も芯ストランドも含まれていない撚り線の場合（図１、図２）は、これが中空撚り線となる。

この中空撚り線の後熱処理工程では、バッチ処理ではなく、連続処理が行われる。具体的には、熱処理炉を通過していく被処理中空撚り線に対し、熱処理炉の出入口それぞれにおいて、テンションが加えられる。こうすることにより、中空撚り線の真直性が向上する。また、側素線又は側ストランドの後述する扁平度が確定される。このようにして、中空撚り線が出来上がる。

一方、この製造工程において、上記撚り線が芯線又は芯ストランドを含んでいる場合は、ワイヤーロープが出来上がる。例えば、図３に示されるような、１本の芯線２４と、最外層の６本の側素線４とから構成された、１＋６の層撚りのワイヤーロープ２２が出来上がる。そこで、前述の通り、このワイヤーロープ２２を、所定長さに切断するとともに、上記芯線２４を引き抜くことにより、例えば、図１に示されるような中空撚り線２として仕上げる。

これら実施形態の中空撚り線２、１０は、医療用器具に用いられうる。医療用器具に操作用として装着された中空撚り線は、例えば、その基端部が医療用器具の手元操作部に連結され、その先端部が処置部に連結される。基端部に加えられたトルク及び押し引き力が、先端部に伝わり、処置部が処置動作を起こす。

本実施形態では、中空撚り線２、１０の素線が、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル−チタン合金等から形成される。もちろん、これらの材料には限定されない。これら素線の材質の引っ張り強度は、２０００ＭＰａ以上であるのが好ましく、２５００ＭＰａ以上であるのがさらに好ましく、２８００ＭＰａ以上であるのが特に好ましい。

これらの中空撚り線２、１０をばらした（ほぐした）ときの、最外層である側素線４、１８又は側ストランドのスパイラルの形状は、真円ではなく、楕円形又は長円形を呈している。換言すれば、上記スパイラルがいわば扁平にされている。

中空撚り線２、１０の最外層である側素線４、１８又は側ストランドは、その扁平度（扁平率ともいう）が、１．００を超え１．１０以下とされるのが好ましい。扁平度を上記範囲とすることにより、中空撚り線のしなやかさ、曲げ易すさ、回転力の伝わり易さが向上する。扁平度とは、ほぐされた側素線又は側ストランドの上記した扁平なスパイラルの、長径を短径で除した縦横比をいう。スパイラルの径の測定方法の一例を、以下に説明する。投影機上において、ほぐされた側素線又は側ストランドをその中心軸回りに回転させる。その過程で、任意の複数の角度位置（例えば５箇所）におけるスパイラル径を測定する。この複数の角度位置は、等角度間隔であるのが好ましい。この複数の測定値のうち、最大値を長径と決定する。この長径の測定方向から、側素線又は側ストランドの中心軸回りに位相９０°回転させた方向に測定したスパイラル径を短径と決定する。ほぐされた側素線又は側ストランドには、その軸方向に沿って複数個のスパイラルが連続して形成されている。従って、９０°交差した方向の各径としては、いずれも複数個（例えば任意の１０箇所）の測定値の平均値が採用される。

扁平度が１．００を超える場合、側素線同士の間又は側ストランド同士の間で生じる摩擦力が増大するため、中空撚り線の回転を伝達する際のエネルギーロスが低減するという作用が得られる。しかし、扁平度が１．００であると、この有用な作用が期待できない。また、図２に示されるような複数層からなる中空撚り線の場合は、扁平度が１．００であると、内外層間の摩擦力が大きくなるため、中空撚り線の回転を伝達する際のエネルギーロスが増大するおそれもある。一方、扁平度が１．１０を超えると、いわゆるオープン構造となり、中空撚り線を安定して製造することが困難となるおそれがある。かかる観点からすれば、扁平度は、１．０１以上１．０５以下であるのが好ましい。

中空撚り線２、１０は、その初期伸び率が、０．２０％以上０．４０％以下であるのが好ましい。ここで、中空撚り線の初期伸び率とは、当該中空撚り線の破断荷重の１．０％の引っ張り荷重が負荷されたときの、当該中空撚り線の伸び率（長さの増加率）を百分率で表したものである。

初期伸び率の大きい中空撚り線はしなやかで曲げ易い。すなわち、初期伸び率の大きい中空撚り線は、縦弾性係数（ヤング率）が小さい。初期伸び率が０．２０％未満であると、図２に示されるような複数層からなる中空撚り線の場合は、内外層間の摩擦力が大きくなる。このため、当該中空撚り線の回転を伝達する際のエネルギーロスが増大するおそれがある。一方、初期伸び率が０．４０％を超えると、中空撚り線がいわゆるオープン構造となりやすく、中空撚り線を安定して製造することが難しくなるおそれがある。かかる観点から、初期伸び率は、０．２５％以上０．３５％以下であるのがさらに好ましい。

初期伸び率は、対象の中空撚り線の引っ張り試験によって確認される。この引っ張り試験は、ＪＩＳＺ２２４１（２０１１）の規定に従って実施されうる。まず、当該被検中空撚り線の破断荷重が測定される。ついで、被検中空撚り線を試験機に取り付け、引っ張り荷重を負荷する。この引っ張り荷重が破断荷重の１．０％になった時点での、被検中空撚り線の軸方向に設定された標点距離の増分を測定する。この増分を原標点距離に対する百分率で表したものが上記初期伸びとされる。

上記中空撚り線２、１０の側素線４、１８又は側ストランドの撚り角は、１５°以上とされるのが好ましい。この撚り角が１５°以上とされた中空撚り線は、よりしなやかになり、曲げやすくなる。撚り角とは、素線又はストランドが、中空撚り線又はストランドの中心軸となす角度をいう。ここでは、側素線又は側ストランドが、中空撚り線の中心軸となす角度をいう。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

［実施例１−８］
図１に示された構成を備えた実施例１−８の各操作用中空撚り線を得た。これらの中空撚り線は、医療機器用のワイヤ中空撚り線である。全ての素線の材質が、ＳＵＳ３０４オーステナイト系ステンレス鋼である。中空撚り線の外径（コード径）は０．７ｍｍである。これらの中空撚り線は、まずワイヤーロープを製造し、このワイヤーロープから芯線を抜き取ることにより製造された。中空撚り線の製造段階におけるワイヤーロープの芯線の外径は０．２５ｍｍである。側素線の外径は０．２３ｍｍである。側素線及び芯線ともに、その引っ張り強度は２８００ＭＰａである。これらの中空撚り線の撚り構成は、いずれも１＋６の層撚りのロープから芯線を抜き取ったものである。中空撚り線の撚りピッチはいずれも５．５ｍｍである。実施例１−８の中空撚り線の熱処理温度は、いずれも５５０°Ｃである。実施例１−８の中空撚り線の側素線の扁平度及び初期伸びは、表１及び表２に示されるとおりである。

［比較例１］
扁平度及び初期伸びが表２に示されるとおりである他は実施例１と同様にして、比較例１の操作用中空撚り線を得た。この比較例１の操作用中空撚り線の側素線は、扁平形状にはされていない。

［比較例２］
扁平度及び初期伸びが表２に示されるとおりであり、コード径が０．７ｍｍを大幅に超えている他は実施例１と同様にして、比較例２の操作用中空撚り線を得た。表２に示されるとおり、比較例２の中空撚り線は、その扁平度が１．５０とされたため、素線間に多くの空隙が生じる、いわゆるオープン構造となった。このため、コード径が０．７ｍｍを大幅に超えた。かかる比較例２の中空撚り線は、医療機器用の操作用中空撚り線としての呈を成しておらず、医療機器用の操作用中空撚り線としての使用は不可能であると判断された。

［比較例３］
比較例３は、従来技術に係る操作用中空撚り線である。この比較例３の操作用中空撚り線は、扁平度及び初期伸びが表２に示されるとおりである他は、実施例１と同等である。この比較例３の中空撚り線の側素線は、扁平形状にはされていない。

［トルク伝達性の評価］
トルク伝達性は、各中空撚り線の基端側（医療用器具の操作部に相当）を回転させたときの、基端側の回転角と先端側（医療用器具の処置部に相当）の回転角との差によって評価される。実施例及び比較例の各中空撚り線に対し、以下のごとくトルク伝達性の評価試験が実施された。

実施例１−８及び比較例１−３の各中空撚り線に対し、直径が２００ｍｍの２重スパイラルを形成する。この２重スパイラルの形成には、図４に示されるように、直径が２００ｍｍの２重スパイラル状で、且つ、両端側が共に直線状となるように形成された細径パイプ２６が用いられる。この細径パイプ２６の内部に、例えば被検中空撚り線２が挿入される。細径パイプ２６に挿入した状態で、この被検中空撚り線２の基端側２Ａに中心軸回りの回転力を負荷する。回転力が負荷されている間、中空撚り線２の基端側２Ａの回転角と先端側２Ｂの回転角とが同時に測定される。

図５は、中空撚り線の基端側２Ａの回転角と、同時点の先端側２Ｂの回転角とが、対応付けて表されたグラフである。換言すれば、図５は、操作用中空撚り線に対する入力回転角と出力回転角との関係を示すグラフである。角度の単位は度（°）である。グラフの中の、０°を起点に横軸及び縦軸に対し４５°傾斜して延びる破線は、全測定角度範囲（入力回転角が０°から約７２０°までの範囲）において基端側２Ａの回転角と先端側２Ｂの回転角との差がゼロであることを示す直線である。被検中空撚り線の評価対象である、基端側２Ａの回転角と先端側２Ｂの回転角との差は、図中の４５°傾斜直線と測定値曲線との縦軸方向の差として表される。この回転角の差は、基端側回転角に対応している。本図では、理解容易のために、回転角の差を実際より大きく表している。入力回転角の０°から７２０°の範囲において、測定された回転角度差のうちの最大角度差が評価対象とされる。

実施例１−８及び比較例１−３の各中空撚り線の最大角度差が、比較例２の最大角度差を１００とした場合の指数によって表１及び表２に示される。最大角度差が小さいほど指数値が小さく、トルク伝達性に優れている。

表１及び表２に示されるように、この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

本発明に係る操作用中空撚り線は、医療用器具の操作用中空撚り線として好適である。

２、１０・・・操作用中空撚り線
４、１８・・・側素線
６・・・層
８、２０・・・内部空間
１２・・・下層（内層）
１４・・・上層（外層）
１６・・・素線
２２・・・ワイヤーロープ
２４・・・芯線
２６・・・細径パイプ

Claims (5)

1. 最外層である側素線又は側ストランドが、中空撚り線からばらされた状態において呈しているスパイラル形状の、長径を短径で除した縦横比である扁平度が、１．００を超え１．１０以下である操作用中空撚り線。
2. 破断荷重の１．０％の引っ張り荷重が負荷されたときの伸び率が、０．２０％以上０．４０％以下である請求項１に記載の操作用中空撚り線。
3. 上記伸び率が、０．２５％以上０．３５％以下である請求項２に記載の操作用中空撚り線。
4. 上記扁平度が、１．０１以上１．０５以下である請求項１から３のいずれかに記載の操作用中空撚り線。
5. 上記側素線又は側ストランドの撚り角が、１５°以上である請求項１から４のいずれかに記載の操作用中空撚り線。

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