JPH03173371A - 形状記憶アクチュエータ - Google Patents

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〕 本発明は内視鏡やカテーテルの湾曲機構や、マイクロポ
ンプの駆動部に用いられる形状記憶アクチュエータに関
する。

〔従来の技術〕

形状記憶合金（以下、Ｓ　Ｍ　Ａと略称する）は、従来
、知られているように内視鏡やカテーテルの湾曲機構の
アクチュエータに利用されている。

ＳＭＡの特徴として、体積あたりの発生力が比較的大き
いからである。ＳＭＡをアクチュエータに用いた例とし
て、特開昭６３−１３６０１４号公報には内視鏡を内挿
する可撓管内にＳＭＡからなるるコイルスプリングを周
方向に複数設け、このコイルスプリングを変態温度以上
に通電加熱することで、元の記憶形状（密巻形状）に戻
し、可撓管ひいては内視鏡を所望の方向に湾曲させるよ
うにしたものが開示されている。また、特開昭５７−１
４８９２７号公報では造影剤注入用チューブの先端部の
肉厚内にＳＭＡ製のワイヤを周方向に複数埋設し、この
ワイヤを通電加熱することで、元の記憶形状（直線形状
）に戻し、あらかじめ曲りぐせが付けられたチューブの
先端部を真っ直ぐにするようにしている。

上記アクチュエータの使用対象物が大型のもの（内視鏡
では径が１０ｍｍレベルのもの）の場合は、ＳＭＡ製ア
クチュエータの他に、モータ等をアクチュエータとして
使用することが可能であるが、使用対象物が小型のもの
（内視鏡では径が１　ｍｍレベルのもの）になると、使
用されるアクチュエータが小さなものに限られ、その中
でＳＭＡが注目されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記先行例では使用対象物として大型の可撓管（チュー
ブ）に用いることが示されているが、例えば極細の血管
用内視鏡に適用するにあたり、ＳＭＡの素材を引っ張り
、圧延、引き抜き等の工程を経て、厚さ０．１５−一程
度のＳＭＡ製アクチエエータを製作することが可能であ
るが、これでも適用する内視鏡の径が細いため、ＳＭＡ
製アクチュエータの占有率が大きく、よって極細内視鏡
には適用することができなかった。また、ＳＭＡは体積
あたりの発生力が大きいため、駆動力が強すぎて生体に
思わぬダメージを与える虞があった。

さらに、場合によってはＳＭＡ製アクチュエータを複雑
な形状に成形して組み込むことも必要であるが、上記先
行例ではＳＭＡの素材をそのまま目的とする形状に成形
していたので、このような要望に応じることは難しかっ
た。

本発明は上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、小型の使用対象物にも適用できるとと
もに、駆動力を適度にコントロールでき、かつ複雑な形
状にも容易に対応できる形状記憶アクチュエータを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明の形状記憶アクチュエ
ータは、弾性を有する基材の表面に形状記憶合金層を蒸
着形成してなるものである。

〔作用〕

このように、基材の表面に形状記憶合金層を蒸着するよ
うにしたので、厚さ５０μ前後の形状記憶合金層を形成
することも可能であり、また基材の形状が複雑であって
も容易に対応できるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の第１の実施例について第１図ないし第４
図を参照して説明する。

この実施例は血管や胆管といった細い生体管路を観察す
るための内祝Ｒ１に適用したもので、外径が１ｍｍレベ
ルの非常に細いものである。この内視鏡１は第４図に示
すように挿入部２の基端に分岐部３を設け、この分岐部
３にはそれぞれケーブル４〜６を介してＴＶカメラ部７
、光源装置８および通電装置９が接続されている。上記
挿入部２内には観察像伝送用のイメージガイドファイバ
（図示せず）、照明光伝送用のライトガイドファイバ１
０および通電用のリード線１１が挿通され、イメージガ
イドファイバはケーブル４内を通じてＴＶカメラ部７へ
、ライトガイドファイバ１０はケーブル５内を通じて光
源装置８へ、リード線１１はケーブル６内を通じて通電
装置９へそれぞれ導かれている。なお、１２はイメージ
ガイドファイバと光学的に接続された対物レンズである
。

上記ＴＶカメラ部７にはイメージガイドファイバによっ
て伝送された観察像をＴＶ信号に変換するＴＶカメラ（
図示せず）が内蔵され、その像をＴＶモニタ１３に表示
するようになっている。また、通電装置９には後述する
アクチュエータ１４のＳＭＡｊｉｌ１５を通電加熱する
ためのスイッチ１６および電力制御部１７が内蔵され、
これらスイッチ１６の開閉や電力制御部１７の制御は付
設したジョイスティック式のコントローラ１８で行うよ
うになっている。

また、挿入部２の先端部には湾曲部１９が設けられ、こ
の湾曲部１９は第１図に示す湾曲機構２０によって遠隔
的に湾曲操作されるようになっている。すなわち、湾曲
部１９の肉厚内には薄板状をなした一対のアクチュエー
タ１４．１４が互いに対向して水平に、かつ軸方向に沿
って埋設され、このアクチュエータ１４は第２図に示す
ように直線状の基材２１の一面にＳＭＡを蒸着してＳＭ
Ａ層１５を形成してなる。ここで、基材２１としてはば
ね性を有するステンレスやリン青銅等の金属薄板、ある
いはゴム等の弾性を有する高分子材料からなる薄板が用
いられる。また、ＳＭＡとしては例えばＴ　Ｌ　−Ｎ　
Ｌ合金が用いられ、イオンスパッタ法や真空蒸着法等に
より蒸着される。

イオンスパッタ法の場合はＴｉおよびＮｉをそれぞれ加
熱し、アルゴンガス等の希ガス雰囲気中でスパッタ蒸着
を行い、真空蒸着法の場合は真空中でＴｉおよびＮｉを
高温で蒸発させて蒸着させるものである。この場合、２
つのアクチュエータ１４．１４はＳＭＡ層１５を設けた
面を裏表にして配置され、またＳＭＡ層１５の両端には
上記リード線１１を介して通電装置９のスイッチ１６お
よび電力制御部１７、さらに電源２２がそれぞれ独立し
て接続されている。

そして、アクチュエータ１４の製作時の形状を第３図に
示すように弓形にしてＳＭＡ層１５にその形状を記憶さ
せている。したがって、ＳＭＡ層１５は母相（高温相）
であるときには弓形に湾曲し、基材２１の弾性力に打ち
勝ってアクチュエータ１４全体を湾曲させるようになっ
ている。また、ＳＭＡ層１５は常温（体温）において外
力を加えて塑性変形させると、マルテンサイト変態を起
こしてマルテンサイト相を形成するようになっている。

つまり、Ｓ　Ｍ　Ａ層１５は常温であるときには基材２
１の剛性によって直線状に変形することになる。ここで
、マルテンサイト相から母相への逆変態が終了する温度
は体温以上、例えば５０℃に設定されている。なお、必
要に応じ、ＳＭＡ層１５の蒸着後に記憶用の加熱処理を
行うことで、形状記憶効果を得るようにしてもよい。

このような構成において、通電装置９のコントローラ１
８を操作して一方のスイッチ１６を閉じると、一方のア
クチュエータ１４のＳＭＡ層１５に通電され、そのＳＭ
Ａ層１５がジュール熱で発熱する。そして、変態温度、
ここでは５０℃に達すると、ＳＭＡ層１５の形状記憶効
果によって一方のアクチュエータ１４が弓形に湾曲し、
それによって他方のアクチュエータ１４および内視鏡１
の湾曲部１９を一側方に湾曲させる。このとき、コント
ローラ１８を操作して電力制御部１７を制御し、通電量
をコントロールすることで、所望の湾曲量を得ることが
できる。逆に、コントローラ１８を操作して他方のスイ
ッチ１６を閉じると、他方のアクチュエータ１４のＳＭ
Ａ層１５が通電加熱され、それによって他方のアクチュ
エータ１４が弓形に湾曲し、一方のアクチュエータ１４
および湾曲部１９を他側方に湾曲させる。

このように、基材２１の一面にＳＭＡ層１５を蒸着形成
してアクチュエータ１４を構成したので、厚さ５０μ前
後のＳＭＡ層１５を形成することも可能であり、よって
アクチュエータ１４を薄肉。

小型化でき、極細内視鏡１に組み込んだ場合でも、アク
チュエータ１４の占有率が小さくなるものである。した
がって、極細内視＃ｌ！１にも容品に適用できる。また
、基材２１の一面にＳＭＡ層１５を蒸着形成することで
、ＳＭＡ層１５を薄く形成できるから、ＳＭＡ層１５の
発生力を強すぎず、適度にコントロールすることができ
る。したがって、湾曲部１９を湾曲させた際に駆動力が
強すぎて生体にダメージを与えるといった危険を防止で
きる。

さらに、ＳＭＡ層１５を蒸着形成したことで、基材２１
の形状が複雑であっても容易に対応できるものである。

第５図ないし第７図は本発明の第２の実施例を示す。

この実施例は１つのアクチュエータ２５で２方向の湾曲
を行うようにしたものである。すなわち、内視鏡１の湾
曲部１９の肉厚内には１つのアクチュエータ２５が軸方
向に沿って埋設され、このアクチュエータ２５は直線状
の基材２１の両面にＳＭＡ層１５．１５を蒸着形成して
なる。ただし、各ＳＭＡ層１５．１５にはそれぞれ反対
方向に湾曲する形状が記憶されている。そして、各ＳＭ
Ａ層１５．１５の両端にはリード線１１を介して通電装
置９のスイッチ１６および電力制御部１７、さらに電源
２２がそれぞれ独立して接続されている。なお、その他
の基本構成は上記第１の実施例と同様である。

このような構成において、アクチュエータ２５の一方の
ＳＭＡ層１５を通電加熱することで、アクチュエータ２
５仝体ひいては内視ｖｔ１の湾曲部１９を一側方に湾曲
でき、他方のＳＭＡ層１５を通電加熱することで、湾曲
部１９を反対方向に湾曲できる。

このようにすれば、１つのアクチュエータ２５で２方向
の湾曲が得られ、よって極細内視鏡１にもより容易に適
用できるとともに、ＳＭＡ層１５の発生力をより適度に
コントロールできる他、部品点数が削減され、コストの
低減に寄与する。

第８図ないし第１１図は本発明の第３の実施例を示す。

この実施例はカテーテル３１の湾曲機構に適用したもの
である。このカテーテル３１は内チューブ３２と、この
内チューブ３２に被覆された外チューブ３３とからなり
、上記内チューブ３２の外周部対向位置にはそれぞれ平
坦部３４．３４が形成されている。そして、基材である
内チューブ３２の平坦部３４．３４にはそれぞれＳＭＡ
層３５．３５が先端部で折り返す形でコ字状に蒸着形成
され、このＳＭＡ層３５の両端にはリード線１１を介し
て上記第１の実施例と同様な通電装置９が接続されてい
る。ここでも、各ＳＭＡ層３５．３５にはそれぞれ反対
方向に湾曲する形状が記憶されており、その他の基本構
成および作用効果は上記第２の実施例と同様である。

第１２図ないし第１４図は本発明の第４の実施例を示す
。

この実施例の場合、内視鏡１の湾曲部１９内には一対の
アクチュエータ４１．４１が対向し、軸方向゛に沿って
設けられ、このアクチュエータ４１は細線状の基材４２
の外表面にＳＭＡ層４３を蒸着形成してなる。上記基材
４２としては伸縮性に富む高分子材料であるゴム等が用
いられる。また、ＳＭＡ層４３は第１３図（ｂ）に示す
収縮した形状を記憶し、これを低温側で第１３図（ａ）
に示すように伸長させた状態で両端を固定している。

そして、このアクチュエータ４１のＳＭＡ層４３の両端
には上記第１の実施例と同様なリード線１１を介して、
ａ電装置９が接続されている。なお、その他の基本構成
は上記第１の実施例と同様である。

このような構成において、一方のアクチュエータ４１の
ＳＭＡ層４３を通電加熱すると、そのＳＭＡ層４３の形
状記憶効果によって他方のアクチュエータ４１ひいては
内ｆＪ２１１’ｉｌの湾曲部１９が一側方に湾曲し、逆
に他方のアクチュエータ４１のＳＭＡ層４３を通電加熱
すると、湾曲部１つが他側方に湾曲するものである。

第１５図ないし第１７図は本発明の第５の実施例を示す
。

この実施例はベローズ型マイクロポンプ４５の駆動部に
適用したものである。このマイクロポンプ４５は蛇腹状
のベローズ４６内にポンプ室４７を形成し、このポンプ
室４７の両端に連通ずる通路４８．４８にそれぞれ逆止
弁４９．４９を設けてなる。そして、基材であるベロー
ズ４６の外表面にはＳＭＡ層５０が蒸着形成され、上記
ベローズ４６は第１７図に示す伸長形状を保ち、またＳ
ＭＡ層５０は第１５図に示す収縮形状を記憶している。

また、ＳＭＡ層５０の両端にはリード線１１を介して通
電装置９のスイッチ１６および電力制御部１７、さらに
電源２２が接続されている。

このような構成において、ＳＭＡ層５０への非通電時に
はベローズ４６はその弾性力によって軸方向に伸長し、
上流側の通路４８から逆止弁４９を介して流体がポンプ
室４７内に流入する。そして、ＳＭＡ層５０を通電加熱
すると、その形状記憶効果によってベローズ４６が軸方
向に収縮し、それによってポンプ室４７の体積が減り、
ポンプ室４７内の流体が下流側の通路４８から逆止弁４
９を介して流出する。したがって、この動作を繰り返し
行うことで、上流側の流体を下流側に順次送り込むこと
ができる。

第１８図は本発明の第６の実施例を示す。

この実施例はダイヤフラム型マイクロポンプ５１の駆動
部に適用したものである。このマイクロポンプ５１は本
体５２の一側部にダイヤフラム５３を設け、上記本体５
２内のポンプ室５４に連通する通路５５．５５にそれぞ
れ逆止弁５６．５６を設けてなる。そして、基材である
ダイヤフラム５３の外表面にはＳＭＡ層５７が蒸着形成
され、上記ダイヤフラム５３は第１８図中実線で示す平
坦形状を保ち、またＳＭＡ層５７は同図中破線で示すポ
ンプ室５４内に凹む湾曲形状を記憶している。なお、そ
の他の基本構成は上記第１の実施例と同様である。

このような構成において、ＳＭＡ層５７への非通電時に
はダイヤフラム５３はその弾性力によって平坦となり、
上流側の通路５５から逆止弁５６を介して流体がポンプ
室５４内に流入する。そして、ＳＭＡ層５７を通電加熱
すると、その形状記憶効果によってダイヤフラム５３が
ポンプ室５４内に凹み、それによってポンプ室５４の体
積が減り、ポンプ室５４内の流体が下流側の通路５５か
ら逆止弁５６を介して流出する。したがって、この動作
を繰り返し行うことで、上流側の流体を下流側に順次送
り込むことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、基材の表面に形状
記憶合金層を蒸着形成してアクチュエータを構成するよ
うにしたので、アクチュエータを薄肉、小型化でき、よ
って小型の使用対象物にも適用できる。また、基材の表
面に形状記憶合金層を蒸着形成することで、形状記憶合
金層を薄く形成できるから、形状記憶合金層の発生力を
強すぎず、適度にコントロールでき、よってアクチュエ
ータの駆動力が強すぎて生体にダメージを与えるといっ
た危険を防止できる。さらに、形状記憶合金層を蒸着形
成したことで、基材の形状が複雑であっても容易に対応
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図は湾曲機構を示す内視鏡湾曲部の斜視図、第２図は
アクチュエータの断面図、第３図はアクチュエータの動
作を説明する断面図、第４図は内視鏡およびその周辺機
器を示す全体図、第５図ないし第７図は本発明の第２の
実施例を示し、第５図は湾曲機構を示す内視鏡湾曲部の
斜視図、第６図はアクチュエータの断面図、第７図はア
クチュエータの動作を説明する断面図、第８図ないし第
１１図は本発明の第３の実施例を示し、第８図はカテー
テル湾曲部の縦断側面図、第９図は同じく縦断正面図、
第１０図は内チューブ先端の斜視図、第１１図は形状記
憶合金層付近の拡大断面図、第１２図ないし第１４図は
本発明の第４の実施例を示し、第１２図は湾曲機構を示
す内視鏡湾曲部の側面図、第１３図（ａ）、（ｂ）はそ
れぞれアクチュエータの動作を示す縦断側面図、第１４
図はアクチュエータの縦断正面図、第１５図ないし第１
７図は本発明の第５の実施例を示し、第１５図はマイク
ロポンプの収縮状態を示す断面図、第１６図はベローズ
の断面図、第１７図はマイクロポンプの伸長状態を示す
断面図、第１８図は本発明の第６の実施例を示すマイク
ロポンプの断面図である。 １５．３５．４３．５０．５７・・・ＳＭＡ層、２１．
４２・・・基材、４６・・・ベローズ、５３・・・ダイ
ヤフラム。 ０ 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 弾性を有する基材の表面に形状記憶合金層を蒸着形成し
   てなることを特徴とする形状記憶アクチュエータ。