JPH03139325A

JPH03139325A - 内視鏡用湾曲能動体

Info

Publication number: JPH03139325A
Application number: JP1276747A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Nagayoshi; 永吉　貢
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-10-24
Filing date: 1989-10-24
Publication date: 1991-06-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、形状記憶合金を用いて内視鏡の湾曲部を湾曲
駆動するだめの内視鏡用湾曲能動体に関する。

［従来の技術］従来においても、形状記憶合金を用いて内視鏡の湾曲部
を湾曲駆動するための内視鏡用湾曲能動体が特開昭５９
−９７１１５号公報において知られている。これは仮ば
ねからなる結合体の各端にそれぞれフランジを連設し、
この各フランジ間に、加熱によりその軸方向に伸長する
形状記憶合金製のコイルを介在させたものである。そし
て、形状記憶合金製のコイルを加熱することによりその
コイルを伸長させてフランジ間を押し拡げ、板ばね側に
湾曲させるものである。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記従来の湾曲能動体は、形状記憶合金
製のコイルを加熱することによりそのコイルを伸長させ
てフランジ間を押し拡げるものであるから、形状記憶効
果による作用力が弱く、湾曲駆動力が充分に得られなか
った。

したがって、内視鏡の湾曲操作性が充分に動かず、また
、大きな湾曲角度が得られないため、内視鏡の挿入操作
性が悪かった。

本発明は上記課題に管口してなされたもので、その目的
とするところは形状記憶効果による作用での湾曲駆動力
を高め、大きな湾曲角度が得られるとともに、内視鏡の
湾曲操作性を向上できる内視鏡用湾曲能動体を提供する
ことにある。

［課題を解決する手段および作用］上記課題を解決するために本発明の内視鏡用湾曲能動体
は、結合体で一対のフランジを復元自在で屈曲可能に結
合し、上記一対のフランジの外周部の一部間に、加熱に
より形状記憶効果による収縮をする形状記憶合金製のワ
イヤを張設し、さらに、上記ワイヤを選択的に加熱する
手段を設けて構成したものである。

しかして、ワイヤに通電してこれを加熱すると、そのワ
イヤは形状記憶効果によって収縮する。ワイヤが収縮す
ると、一対のフランジが、そのワイヤ側を縮め、これを
中心として片側に開く。ワイヤへの通電を停止すると、
一対のフランジが元の位置に戻る。

形状記憶合金製のワイヤであって、コイル形状にしない
ため、その収縮力をａ効に利用して大きな湾曲力を発生
させることができる。

［実施例］第１図ないし第７図は本発明の第１の実施例を示すもの
である。

第１図において、ｌは全体的に防水対策を施した内視鏡
であり、また、２は外部装置を示している。

内視鏡１は操作部３に挿入部４とユニバーサルコード５
が接続されることにより構成される。挿入部４は手元側
の可撓管部６の先端に湾曲部７を連設するとともに、そ
の湾曲部７の先端に先端部８を連設してなる。先端部８
には照明窓１０やＣＣＤカメラ１１等が組み込まれてい
る。照明窓１０に接続されたライトガイドファイバ１２
と、ＣＣＤカメラ１１に電気的に接続された信号ケーブ
ル１３とが挿入部４内を通じて操作部３を通り、ユニバ
ーサルコード５内を通じてそのユニバーサルコード５の
先端にあるコネクタ１４に導かれている。そして、この
コネクタ１４を上記外部装置２に接続することにより、
その外部装置２における光源装置１６にライトガイドフ
ァイバ１２が光学的に接続され、信号ケーブル１３はカ
メラコントロールユニット１７に接続される。カメラコ
ントロールユニット１７は撮像信号を電気的に処理して
映像信号を作り、モニタ１８に内視鏡画像を写し出すよ
うになっている。

一方、挿入部１の湾曲部７には、これを湾曲駆動するた
めの複数の湾曲能動体としての関節ユニット２０が軸方
向へ並べられて組み込まれている。

この各関節ユニット２０は第２図ないし第４図で示すよ
うに構成されている。

関節ユニット２０は結合体としての、所定の長さの阪ば
ね２１の各端部に、それぞれ円板状のフランジ２２．２
３が固定されている。関節ユニット２０はこの一対のフ
ランジ２２．２３の外周部の一部の、その対向部間に仮
ばね２１を架設している。通常、板ばね２１は直線的で
あり、一対のフランジ２２．２３はそれに対して直角で
互いに平行な状態で配置されている。板ばね２１を一対
のフランジ２２．２３間の内側へ向けて湾曲することに
よりその一対のフランジ２２．２３が弾性的に開くよう
になっている。

さらに、フランジ２２．２３の対向外側各面部にはその
直径方向に上記板ばね２１の外面に一端が通じる４２４
．２５が形成されている。また、上記板ばね２１の外面
が溝２４．２５に通じる部分には切欠部２６．２７が形
成されている。つまり、板ばね２１の外面は、フランジ
２２．２３の外周面よりわずかに内側に位置する。なお
、仮ばね２１およびフランジ２２．２３は少なくとも外
表面が電気的に絶縁処理されている。このため、例えば
、その全体を樹脂製としている。また、外表面をシリコ
ン等でコーティングしている。

そして、上記各フランジ２２．２３の溝２４゜２５から
板ばね２１の外面を通り、一対のフランジ２２．２３間
には、形状記憶効果により収縮する形状記憶合金製のワ
イヤ２８が弛みなく張られている。ワイヤ２８の各端は
谷溝２４．２５において板ばね２１から最も遠い端壁に
取着されている。形状記憶合金製のワイヤ２８は常温よ
り高い温度に加熱することにより収縮するように記憶処
理されている。

また、各フランジ２２．２３の溝２４．２５における、
仮ばね２１側端縁の角部には上記ワイヤ２８を受けて案
内する丸棒からなる滑体３１，３２が設けられている。

さらに、各フランジ２２．２３には、ライトガイドファ
イバ１２や信号ケーブル１３等を案内するための複数の
挿通用孔３３が設けられている。

このように構成された複数、この実施例では４個の関節
ユニット２０を、第５図で示すようにそのワイヤ２８の
位置が１８０°ずらして互い違いに配置して一列に連結
され、湾曲用芯材３４を構成して挿入部４の湾曲部７に
組み込まれている。

この湾曲用芯材３４はゴム等の被覆材３５によって水密
的に覆われている。

また、湾曲用芯材３４における各関節ユニット２０のワ
イヤ２８はそれぞれ第７図で示すような構成の通電手段
により選択的に通電され、加熱されるようになっている
。つまり、上記通電手段は各関節ユニット２０のワイヤ
２８を選択的に加熱する手段を構成している。

具体的に述べれば、各関節ユニット２０のワイヤ２８に
はリード線３６．　３７　ａ、　　３７　ｂ、および切
換えスイッチ３８を介して加熱用電源３つに接続されて
いる。切換えスイッチ３８と加熱用電源３つとの間には
、可変抵抗４０が介挿されている。

切換えスイッチ３８は、固定接点３８ａ、３８ｂと可動
接点３８ｃを有している。各関節ユニット２０のワイヤ
２８の一端は上記リード線３６に接続されている。ワイ
ヤ２８の他端は、１つ置きのものがリード線３７ａを介
して一方の固定接点３８ａに接続され、残る１つ置きの
ものが別のリード線３７ｂを介して他方の固定接点３８
ｂに接続されている。

つまり、各関節ユニット２０のワイヤ２８は一つ置きの
組みのものがそれぞれ同時に導通するように、リード！
＊３７ａ、３７ｂを介して別々の固定接点３８ａ、３８
ｂに接続されている。しかして、可動接点３８Ｃで一方
の固定接点３８ａ、３８ｂを選択すれば、１つ置きの関
節ユニット２０のワイヤ２８に同時に通電される。通常
、可動接点３８ｃは、固定接点３８ａ、３８ｂに対して
接触しない中立な位置にある。

なお、リード線３６．３７ａ、３７ｂは挿入部］内を通
して操作部３に導かれ、一方のリード線３６はユニバー
サルコード５の先端にあるコネクタ１４まで導かれてい
る。切換えスイッチ３８と１工変低抗４０は操作部３に
設けられている。操作部３のド面邪には切換えスイッチ
３８を操作する方向決定レバー４１と、可変抵抗４０を
操作するアングルノブ４２が設けられている。また、上
記加熱用電源３９は外部装置２の通電部４３に設けられ
ている。切換えスイッチ３８と可変抵抗４０は操作部３
ではなく、外部装置２に設置してもよい。

次に、上記構成についての作用を説明する。第５図は挿
入部４の湾曲部７が中立な状態を示している。

また、第６図は下向きに湾曲部７を湾曲させた状態を示
している。このように湾曲させるためには、操作部３の
方向決定レバー４１を左側に傾は向ける操作を行う。こ
れに連動して第７図で示す切換えスイッチ３８の可動接
点３８ｃが、一方の固定接点３８ａに接続される。そし
て、この固定接点３８ａ側に接続されている最先端とこ
れより１つ置きの関節ユニット２０の各ワイヤ２８に通
電がなされ、その通電された各ワイヤ２８は電気抵抗熱
によって加熱され、その形状記憶効果によって収縮する
。この各関節ユニット２０のワイヤ２８は、そのフラン
ジ２２．２３に対して下側に位置して張られているから
、これが収縮すると、第６図で示すように板ばね２１が
弾性的にたわむ。

そして、フランジ２２．２３間は形状記憶合金製のワイ
ヤ２８の力によりその仮ばね２１側を中心として開き、
ワイヤ２８の張力と釣り合う点で仮ばね２１のたわみの
増加がなくなる。以上のようにして関節ユニット２０に
力が発生し、湾曲部７は第６図で示すように湾曲する。

ここで、例えば操作部３にあるアングルノブ４２を−ｂ
゛に回すと、第７図で示した通電回路の可変抵抗４０の
接点が動き、その電気抵抗値が小さくなり、上記作動中
の形状記憶合金製のワイヤ２８に送られる電流量が増加
し、さらに発熱してさらに収縮する（形状回復が進む。

）ことにより、さらに湾曲−が増加する。

アングルノブ４２を他方に回すと、それとは逆に可変抵
抗４０の抵抗値が大きくなり、湾曲量が減る。

ここで、方向決定レバー４１を中立の位置に戻すと、形
状記憶合金製のワイヤ２８への通電が止まり、形状記憶
合金製のワイヤ２８は冷えて、柔軟でわずかな力でも伸
ばすことができるようになる。つまり、板ばね２１の復
元力により湾曲部７はストレートな状態に戻る。

また、湾曲部７を上向きへ湾曲させるときには、方向決
定レバー４１を右へ傾向ける。これにより切換えスイッ
チ３８の可動接点３８ｃが、他方の固定接点３８ｂ側に
接続される。そして、この固定接点３８ｂ側に接続され
ている関節ユニット２０の６ワイヤ２８に通電され、上
記同様に作用して湾曲部７を上向きへ湾曲させる。また
、その他の点も上記同様に作用する。

一般に、同一の線径の素線であれば、コイルとした場合
に比べてワイヤ２８の外径が小さいのは明らかである。

したがって、上記構成によれば、その分、スペースを必
要とせず、湾曲部７の細径化が可能であり、挿入性を向
上する。

また、形状記憶合金製のワイヤ２８を使用することによ
り、大きな収縮力が得られる。例えば、第１５図（Ａ）
で示すような同一線径の形状記憶合金製の素線を用いた
コイル４１の場合と、第１５図（Ｂ）で示すように直線
的なワイヤ２８の場合を比べる。

形状記憶合金製の素線が発生する力Ｆは同一線径である
ためにいずれも等しい。これを点線矢印で示す。一方、
コイル４１の破線の力は直線上に仲ばされたコイル４１
が、再び、ピッチが狭くなるように戻ろうとする力であ
る。ワイヤ２８の破線の力は直線上に伸ばされたワイヤ
２８が、記憶している長さに縮もうとする力である。よ
って、コイル４１とワイヤ２８の収縮力は実線矢印で示
すようになる。つまり、コイル４１では軸方向の成分の
みが収縮力となるためワイヤ２８の場合に比べ収縮力が
小さくなる。よって、同一素線径ではワイヤ２８の方が
数段に大きな力を発生させることが可能である。したが
って、本発明による上記構成によれば、大きな湾曲操作
力が得られ、確実な操作性と大きな湾曲角が得られる。

しかも、構造が簡単であるとともに湾曲内部で占めるス
ペスが小さく、その分、他の内蔵物を設置するスペース
を大きくとれ、また、湾曲部の細径化が図れる。

第８図および第９図は本発明の第２の実施例を示すもの
である。

第１の実施例と同様に構成された内視鏡１の湾曲部７に
組み込む関節ユニット２０の変形例で、これは、関節ユ
ニット２０を構成するフランジ２２．２３に設けられた
溝２４．２５内にそれぞれ１つの巻掛は部材（例えば円
筒部材やプーリ）５１が設けられている。また、この各
巻掛は部材５１は、板ばね２１から可能なかぎり離れた
位置に設けられている。そして、上述した第１の実施例
の場合と同様にフランジ２２．２３の間に、１本の形状
記憶合金製のワイヤ２８が張られている。

このとき、ワイヤ２８の一端は、一方のフランジ２２の
、板ばね２１の反対側壁部に固定されている。そして、
他端側が仮ばね２１の外側面上を通り、他方のフランジ
２３の巻掛は部材５１に引っ掛けられ、Ｕターンして再
度、板ばね２１の外側面上を通り、もとのフランジ２２
上の巻掛は部材５１に引っ掛けられている。ワイヤ２８
の他端側は−もう一度、Ｕターンして板ばね２１上を通
り、他方のフランジ２３の、板ばね２１の反対側壁部に
固着されている。その他の構成、例えば滑体３１．３２
を設ける等は上述した第１の実施例の場合と同様である
。

この実施例では関節ユニット２０に張りわたす形状記憶
合金製のワイヤ２８を、フランジ２２゜２３間に往復さ
せて配置するから、そのワイヤ２８の長さを長くできる
。したがって、その力量と収縮総量が増加する。なお、
各フランジ２２．２３にそれぞれ設ける巻掛は部材５１
の数を複数にして、形状記憶合金製のワイヤ２８の往復
回数を増して、形状記憶合金製のワイヤ２８の収縮力と
収縮総量を増加してもよい。

その他の構成や作用効果は、上述した第１の実施例と同
様である。

第１０図は本発明の第３の実施例を示すものである。こ
の実施例では、上記第１の実施例と同様に構成された関
節ユニット２０における仮ばね２１の外面中央にひずみ
ゲージ５５を貼り付けたものである。ひずみゲージ５５
は形状記憶合金製のワイヤ２８が張られている板ばね２
１の同一面にｊ妾着されている。このひずみゲージ５５
はリード線５６により、増幅器５７に接続されている。

また、増幅器５７は、データ処理器５８に電気的に接続
されている。前記リード線５６は第１０図では図示して
いないが、内視ｖｉ１の挿入部４、操作部３、ユニバー
サルコード５の各内部を通り、コネクタ１４を介して外
部装置２に設けた増幅器５７に接続されている。また、
同しく外部装置２内に増幅器データ処理器５８が設けら
れている。その他の構成は上述した第１の実施例と同様
である。

しかして、関節ユニット２０における板ばね２１に、ひ
ずみゲージ５５を貼り付けたから、第１の実施例の場合
と同様に湾曲部７を湾曲させると、板ばね２１に取り付
けられているひずみゲージ５５が出力し、その結果をデ
ータ処理器５８により、湾曲角度の値に変換する。その
湾曲角度の数値をモニタ１８に表示する。したがって、
この結果、歪みゲージ５５により湾曲部７の正確な湾曲
角を知ることができる。

第１１図ないし第１４図は本発明の４の実施例を示すも
のである。

この実施例では関節ユニット２０の変形例についてのも
ので、その他は上記第１の実施例のものと同じである。

すなわち、前記関節ユニット２０は、第１３図および第
１４図で示すように所定の間隔をあけて円板状のフラン
ジ２２．２３が対向して平行に設置し、この間に、上記
仮ばね２１の代わりに付勢用のコイルばね６１を介在さ
せている。コイルばね６１はその一対のフランジ２２．
２３を互いに゛１シ行な状態に戻す作用をする。このコ
イルばね６１は一対のフランジ２２．２３を結合する結
合体を構成している。

さらに、上記実施例と同様にこの実施例においても、フ
ランジ２２．２３の対向外側各面部にはその直径方向に
Ｆ’７２４．２５が形成されている。

また、谷溝２４．２５の同じ側の部分にはそれぞれ切欠
部２６．２７が形成されている。　そして、上記各フラ
ンジ２２．２３の？Ｍ２４，２５がら切欠部２６，２７
を通り、一対のフランジ２２，２３間には、形状記憶効
果により収縮する形状記憶合金製のワイヤ２８が弛みな
く張られている。ワイヤ２８の各端は谷溝２４．２５に
おいて仮ばね２１から最も遠い端壁に取着されている。

形状記憶合金製のワイヤ２８は常温より旨い温度に加熱
することにより収縮するように記憶処理されている。

さらに、各フランジ２２．２Ｂの溝２４．２５における
端縁の角部には上記ワイヤ２８を受けて案内する丸棒か
らなる滑体３１，３２が設けられている。

さらに、各フランジ２２．２３には、ライトガイドファ
イバ１２や信号ケーブル１３を案内するための複数の挿
通用孔３３が設けられている。

その他の構成は第１の実施例と同様である。

この実施例では、ｆｆ１ｌの実施例の板ばね２１の代わ
りに結合体としての付勢用コイルばね６１をフランジ２
２．２３の間に介在して設ける。このコイルばね６１は
湾曲した湾曲部７をストレートな状態に戻す力を発生す
る。これ以外は、第１の実施例と同様である。なお、第
１２図で示すように上述したこの実施例の関節ユニット
２０と第１の実施例で説明した構造の関節ユニット２０
を交互に配置するようにしてもよい。

なお、上記各実施例では、２方向に湾曲させる場合につ
いて述べてきたが、本発明はこれに限らない。図示はし
ないが、関節ユニットの形状記憶合金製のワイヤの位置
を９０’ずらして軸方向に配置して湾曲部を構成すれば
、４方向の湾曲が可能となる。このようにすれば、湾曲
部を４方向へ湾曲することによりより大きな視野が得ら
れる。

また、挿入性も向上する。

また、本発明は、関節ユニットの形状記憶合金製のワイ
ヤをすべて同一方向にして、軸方向に揃いて配置して１
方向の湾曲を行うように構成してもよい。このように湾
曲方向を１方向に限定することにより、少ない関節ユニ
ットで大きな湾曲角が得られる。

また、本発明は、上述したものに限定されるものではな
い。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、形状記憶効果によ
る作用での湾曲駆動力を高め、大きな湾曲角度が得られ
るとともに、内視鏡の湾曲操作性を向上できる。また、
簡単な構成でコンパクトに内視鏡用湾曲能動体を構成で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図はその内視鏡と外部装置の概略的な構成の説明図、
第２図は関節ユニットの斜視図、第３図は関節ユニット
の側断面図、第４図は関節ユニットの正面図、第５図は
挿入部の湾曲部付近の概略的な側面図、第６図は同じく
湾曲した挿入部の湾曲部付近の概略的な側面図、第７図
は通電回路の構成図である。第８図および第９図は本発
明の第２の実施例を示し、第８図は関節ユニットの平面
図、第９図は関節ユニットの正面図である。第１０図は本発明の第３の実施例を示す関節ユニットの
湾曲量検出手段の構成説明図である。第１１図ないし第
１４図は本発明の第４の実施例を示し、第１１図はその
内視鏡挿入部の湾曲部付近の概略的な側面図、第１２図
は同じく湾曲した挿入部の湾曲部付近の概略的な側面図
、第１３図は関節ユニットの平面図、第１４図は関節ユ
ニットの正面図である。第１５図（Ａ）ＣＢ）は形状記
憶合金製のコイルと直線的なワイヤとの作用の違いを示
す説明図である。１・・・内視鏡、４・・・挿入部、７・・・湾曲部、２
０・・・関節ユニット、２１・・・板ばね、２２．２３
・・・フランジ、２８・・・ワイヤ、３６．３７・・・
リード線、３９・・・電源、６１・・・コイルばね。

Claims

【特許請求の範囲】

所定の間隔をあけて対向させた一対のフランジと、この
一対のフランジを復元自在で屈曲可能に結合する結合体
と、上記一対のフランジの外周部の一部間にわたって張
られ加熱により形状記憶効果で収縮をする形状記憶合金
製のワイヤと、このワイヤを選択的に加熱する手段とを
具備したことを特徴とする内視鏡用湾曲能動体。