JPH048338A - 湾曲制御装置 - 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、例えば内視鏡の湾曲部やカテーテルなどの管
状部材を形状記憶合金の収縮変形により湾曲させる湾曲
制御装置に関する。

［従来の技術］ 例えば内視鏡の湾曲部を湾曲させるための湾曲制御装置
としては、湾曲部の軸方向に張架された形状記憶合金を
備えたものが公知である。このものでは、形状記憶合金
材の通電制御、即ち温度制御下で、形状記憶合金材の変
態温度（オーステナイト変態温度Ａｆ）における収縮変
形により湾曲部を湾曲させている。更に、この種の湾曲
制御装置では、湾曲部の可撓性を高めるために、湾曲部
の構造体としての弾性伸縮体（例えば圧縮コイルバネ）
を形状記憶合金材に併設させて張架させたものも公知で
ある。これらの従来装置において、湾曲部に外力が負荷
されない状態では、形状記憶合金材は使用限界内の歪二
範囲で収縮伸長を繰り返す。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、湾曲部に突発的な外力、例えば軸方向の
引張応力が負荷された際は、形状記憶合金材及び弾性伸
縮体は不所望に伸長されてしまう。

この場合、特に形状記憶合金材は、その使用限界を越え
て伸長される恐れがある。これは形状記憶合金材の耐久
性を縮める結果となり、ひいてはその湾曲角度の減少を
招く。特に、この形状記憶合金材を備えた内視鏡を工業
用途（例えば各種プラントの配管の内部点検等）に供す
る場合は、劣悪な使用環境が予想されるので、不所望の
突発的な外力が発生する危険性が高い。従って、この突
発的な外力に対する形状記憶合金材の保護が要請されて
いる。

本発明は係る要請に応えるためになされたものであり、
その目的とするところは、管状部材に突発的な外力が負
荷された場合でも、形状記憶合金材の過度の伸長を規制
し、管状部材の良好な湾曲性能を維持できる湾曲制御装
置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、本発明に係わる湾曲制御装
置は、予め変態温度未満の温度で伸長変形された形状記
憶合金材が軸方向に沿って張架された湾曲可能な管状部
材と、形状記憶合金材に指令湾曲量に応じた電流を通電
させ、この通電に伴う形状記憶合金材の収縮変形により
管状部材を湾曲させる湾曲制御手段とを備えた湾曲制御
装置において、前記管状部材の軸方向に沿って、形状記
憶合金材の伸長を規制する伸長規制部材を設けたことを
特徴とするものである。

［作用コ 上記の本発明の構造によれば、管状部材に引張応力や曲
げ応力等の突発的な外力が負荷された場合でも、伸長規
制部材により形状記憶合金材の過度の伸長が規制される
。従って形状記憶合金材の歪量が抑制されるから、管状
部材の湾曲性能が損なわれにくい。

［実施例］ 第１図及び第２図に本発明の第１実施例に係わる内視鏡
装置（湾曲制御装置）を示す。

図示の内視鏡装置１は、内視鏡２と光源装置３とを備え
て゛いる。内視鏡２ては、挿入部４の基端に操作部６が
連結されている。この操作部６には、挿入部４の送気・
送水、吸引等の操作を行なうためのボタン類（図示せず
）が付属している。また、この操作部６の側部からは、
照明光を導くためのユニバーサルコード７が延出され、
これは上記光源装置３に接続されている。挿入部４には
、その先端側から先端部８と湾曲部（管状部材）９と可
撓管部１１とが順に設けられ、可撓管部１１の後端部に
は上記操作部６が連結されている。

上記先端部８は、その先端面に観察窓１８及び照明窓１
９を備えている。観察窓１８には対物レンズ系２２が設
けられ、この対物レンズ系２２の結像位置には、固体撮
像素子２３の撮像面が配置されている。また、照明窓１
９には配光レンズ系２４が設けられ、この配光レンズ系
２４の後方には照明光を伝達するファイババンドルで形
成されたライトガイド２６の出射端面が設けられている
。

このライトガイド２６、及び固体撮像素子２３に接続さ
れた信号線２７は、挿入部４と操作部６とユニバーサル
コード７内を挿通されて光源装置３へ導かれ、この光源
装置３内に設けられた信号処理部と光源部（共に図示せ
ず）に接続される。

湾曲部９内には、挿入部４の軸方向に沿って形状記憶合
金（以下、ＳＭＡと略記す）材１２ａ。

１２ｂが張架されている。このＳＭＡ材１２ａ。

１２ｂは、ニッケルーチタン（Ｎ１−Ｔｉ）系合金、銅
−亜鉛−アルミニウーム（Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｉ！　）系合
金等であり、その初期記憶形状は例えば密巻きのコイル
スプリング状である。また、このＳＭＡ材、即ちＳＭＡ
コイル１２ａ、１２ｂの変態温度は体温よりも数十００
高めに設定されている。このＳＭＡコイル１２ａ、　　
１２ｂの先端は先端部８と機械的に接続されている。

ＳＭＡコイル１２ａ、１２ｂの後端には、それぞれリー
ド線１３．１５が接続されている。また、ＳＭＡ：＋イ
ル１２ａ、１２ｂの先端は互いに接続され、且つリード
線１４に接続されている。これらリード線１Ｂ、１４．
１５は、操作部６とユニバーサルコード７内を経て、光
源装置３内の通電部１７に導通されている。光源装置３
は、この通電部１７の他に抵抗検出部２１及び通電量制
御部２５を備え、湾曲部９に湾曲操作させるための制御
装置（湾曲制御手段）を兼ねている。通電部１７は、通
電量制御部２５から通電指令を与えられることにより、
リード線１３，１４．１５を介してＳＭＡコイル１２ａ
、１２ｂへ通電する。また、その際のＳＭＡコイル１２
ａ、１２ｂの抵抗値が抵抗検出部２１により検出され、
その検出値が通電量制御部２５へ帰還される。

上記湾曲部９と可撓管部１１とはフランジ１０を介して
接続されている。また、先端部８とフランジ１０との間
には、湾曲部９の可撓性を高めるための圧縮コイルバネ
１６が張架されている。更に、先端部８とフランジ１０
との間には、上記ＳＭＡコイル１２ａ、１２ｂが圧縮コ
イルバネ１６についての対称位置に張架されている。こ
の状態におけるＳＭＡコイル１２ａ、１２ｂは、予め変
態温度未満の温度で伸長変形されている。圧縮コイルバ
ネ１６には、ユニバーサルコード７から導かれるライト
ガイド２６及び信号線２７が挿入されている。また、先
端部８とフランジ１０との間における圧縮フィルバネ１
６の内部の略中心線上には、ローブ（伸長規制部材）２
０が弛みのない状態で張架されている。このローブ２０
は、伸び変形が殆ど無い強靭な繊維、例えばアラミド繊
維、カーボンファイバ、極細ステンレス線等で編まれて
いる。

更に、湾曲部９には、この湾曲部９の外面を形成する合
成ゴムチューブ２８が偏えられている。

この合成ゴムチューブ２８の内周側では、先端部８とフ
ランジ１０との間にコイルバネ２９が張架されている。

また、ＳＭＡコイル１２ａ、１２ｂは薄いシリコンゴム
チューブ３０で被覆されている。このチューブ３０によ
りコイルバネ２９とＳＭＡコイル１２ａ、１２ｂとは電
気的に絶縁されている。同様に、圧縮コイルバネ１６と
ＳＭＡコイル１２ａ、１２ｂとは、圧縮コイルバネ１６
を被覆する薄いシリコンゴムチューブ３２により電気的
に絶縁されている。

上記のように構成された内視鏡装置１の制御動作は以下
の通りである。湾曲部９を湾曲させる場合には、光源装
置３に付属する入力手段（図示せず）を介して通電量制
御部２５へ湾曲部９の所望の湾曲量を与える。ここで通
電量制御部２５は、与えられた湾曲量に応じた電流値の
通電指令を通電部１７へ与える。通電部１７は、この通
電指令に従ってＳＭＡコイル１２ａまたは１２ｂへ通電
を開始する。この通電されたＳＭＡコイル１２ａまたは
１２ｂは、通電に伴い自己発熱し、その温度が変態温度
に達する。その結果、ＳＭＡコイル１２ａまたは１２ｂ
は、相変態を起こし、初期記憶形状である密巻きコイル
スプリング状に戻ろうとする。これにより湾曲部９が湾
曲動作を行なう。

このときの湾曲角は、ＳＭＡコイル１２ａとＳＭＡコイ
ル１２ｂとの通電比により決定される。更に、確実な角
度制御を実行するために、ＳＭＡコイル１２ａ、１２ｂ
の抵抗値を抵抗値検出部２１で検出し、通電量制御部２
５へ帰還させている。

この場合、抵抗値検出部２１の抵抗値検出により、ＳＭ
Ａコイル１２ａ、１２ｂの湾曲角が監視されることにな
る。というのは、ＳＭＡコイル１２ａ。

１２ｂの抵抗値は、そのＳＭＡコイル１２ａ、１２ｂの
形状回復率に対応しているためである。

ここで上記湾曲部９に不所望の外力が負荷された場合の
動作について説明する。湾曲部９の使用時または保管時
に、例えば第１図に示される矢印Ａ方向の引張応力が湾
曲部９に負荷されたとする。

この場合、上記ローブ２０は伸び変形しにくいので、こ
のローブ２０が湾曲部９の伸長を規制する。

即ち、ＳＭＡコくル１２ａ、１２ｂに過大な伸び変形が
加えられることが防止される。更に、このローブ２０は
、図示の如く湾曲部９の略軸芯上に配置することにより
、湾曲部９の湾曲動作を妨げない。また、第１図に示さ
れる矢印Ｂ方向の曲げ応力が湾曲部９に負荷された場合
には、この応力がコイルバネ２９で支えられる。従って
湾曲部９は潰れにくい。

次に第３図乃至第５図を参照して本発明の第２実施例に
ついて説明する。尚、本実施例における内視鏡の光学系
と制御系は、それぞれ第１実施例における第１図と第２
図に示されるものと同様とし、その図示は省略する。第
３図に示すように本実施例における湾曲部９では、その
軸方向に沿って、上記ローブ２０と同様な２本のローブ
（伸長規制部材）３３ａ、３３ｂがそれぞれＳＭＡフィ
ル１２ａ、１２ｂの内周側近傍に配置されている。

これらローブ３３ａ、３３ｂの一端側はフランジ１０に
固定されている。また、先端部８には、２個のネジ孔８
ｍ、８ｂが湾曲部９の軸方向に形成されている。このネ
ジ孔８ａ、８ｂには、その軸方向に微小移動可能な調節
ネジ３４ａ、３４ｂが螺着されている。この各調節ネジ
３４ａ、３４ｂには、上記ローブ３３ａ、３３ｂの他端
側がそれぞれ固定されている。また、ネジ孔８ａ、８ｂ
に対する調節ネジ３４ａ、、３４ｂのねじ込み量は、湾
曲部９の形状が直線状である場合にローブ３３ａ、　３
３ｂが緩んだ状態となるように予め調節されている。

本実施例におけるローブ３３ａ、３３ｂの動作は以下の
通りである。今、例えばＳＭＡコイル１２ａを通電加熱
することにより、湾曲部９が第４図に示すように湾曲動
作を行ないつつあるとする。

この場合、湾曲動作の進行に伴って、湾曲の内側に位置
するローブ３３ａは一層に緩み、逆に外側に位置するロ
ーブ３３ｂは緩みの度合いが減少していく。最終的にロ
ーブ３３ｂが緩みを失って張力を発生すると、湾曲部９
はそれ以上は湾曲できなくなる。従って、ローブ３３ｂ
が湾曲部９の湾曲角に限界を与えることになる。この湾
曲角の限界は、第５図に示すように予め調節ネジ３４ｂ
の調節によりローブ３３ｂの緩みを多くしておけば大き
くなる。逆にローブ３３ｂの緩みを少なくしておけば湾
曲角の限界は小さくなる。尚、湾曲部９を第４図に示し
た方向と逆方向に湾曲させる場合は、ローブ３３ａの調
節により湾曲角の限界を設定できる。この湾曲角の限界
を適宜に設定することにより、ＳＭＡコイル１２ａ、１
２ｂの歪量を常に適正な使用限界内に保持できる。即ち
、ＳＭＡコイル１２ａ、１２ｂの過度の伸長が防止され
る。

本実施例においても湾曲部９の湾曲角度の制御は、通電
部１７、抵抗値検出部２１、通電量制御部２５により実
行されている。仮に、これら各部の誤動作により何れか
一方のＳＭＡコイル（例えばＳＭＡコイル１２ａ）に過
電流が流れ、そのＳＭＡコイル１２ｇが使用限界を越え
て湾曲しようとしたとする。この場合、他方のＳＭＡコ
イル１２ｂにも不所望の曲げ応力が負荷されることにな
るが、これらＳ　Ｍ　Ａコイル１２ａ、１２ｂの過度の
伸長はローブ３３ａまたは３３ｂにより防止される。同
様に、湾曲部９の使用時や保管時の突発的な外力による
ＳＭＡコイル１２ａ、１２ｂの予期せぬ過度の湾曲も防
止される。

尚、上記各実施例では、説明の便宜上、湾曲部９の湾曲
方向を２方向としているが、３方向、４方向としても上
記各実施例と同様な効果が奏される。

また、形状記憶合金材１２ｇ、１２ｂの初期記憶形状は
、上記各実施例のコイルスプリング状に限らず、ワイヤ
状、板状等でもよい。

更に、上記各実施例では本発明の制御対象の管状部材と
して内視鏡２の湾曲部９を適用した場合について説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではない。管状部
材としては、例えばカテーテルを適用してもよい。尚、
上記各実施例のように本発明を内視鏡２の湾曲部９に適
用した場合には、形状記憶合金材１２ａ、１２ｂの伸長
規制に伴って、圧縮コイルバネ１６や、ライトガイド２
６及び信号線２７の過度の湾曲による損傷をも防止でき
る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係わる湾曲制御装置によれ
ば、管状部材に引張り応力、曲げ応力等の不所望の外力
が突発的に負荷された場合でも、形状記憶合金材の過度
の伸長が規制される。従って、管状部材の良好な湾曲性
能が維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係わる湾曲制御装置の湾
曲部を示す詳細断面図、第２図は同じく湾曲制御装置の
制御系を示すブロック図、第３図は本発明の第２実施例
における湾曲部を示す概略断面図、第４図及び第５図は
第３図の湾曲部の湾曲状態を示す説明図である。 ３・・光源装置（湾曲制御手段）、９・・・湾曲部（管
状部材）　、１２ａ、１２ｂ−・−３ＭＡ＝＋イル（形
状記憶合金材）　、２０，３３ａ、３３ｂ−ｏ−ブ（伸
長規制部材） 田願人代理人　弁理士　坪　井　淳

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 予め変態温度未満の温度で伸長変形された形状記憶合金
   材が軸方向に沿って張架された湾曲可能な管状部材と、 形状記憶合金材に指令湾曲量に応じた電流を通電させ、
   この通電に伴う形状記憶合金材の収縮変形により管状部
   材を湾曲させる湾曲制御手段とを備えた湾曲制御装置に
   おいて、 前記管状部材の軸方向に沿って、形状記憶合金材の伸長
   を規制する伸長規制部材を設けたことを特徴とする湾曲
   制御装置。