JPH05180148A - 光アクチュエーター装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動機構を使用すること無く、且つ簡単な構
成でマイクロ化も容易である、光ファイバを利用した全
く新しいタイプのアクチュエーター装置を提供するこ
と。 【構成】 光源１からレーザ光を光ファイバ２により伝
送させて端面２３から放射させた場合、キャップ体３内
の空間４に存在する流体がレーザ光により加熱されて熱
膨張し、その結果該熱膨張力によってキャップ体のマイ
クロベローズ３２が変形し、先端部３３がピストン運動
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを利用した
アクチュエーター装置に関し、特に狭領域での機械的動
作が要求されるマイクロマシン技術への適用に好適な光
アクチュエーター装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】近年医療用や、或いは航空機エンジンや
原子力発電所の点検・補修用に、極めて限られた空間内
において機能的な機械的動作を行い得る、いわゆるマイ
クロマシン装置の採用が検討されている。一方、機能的
な機械的動作を行わせる装置としてはアクチュエーター
装置が挙げられるが、一般的にアクチュエーター装置
は、モーターとボールスクリュー等からなる駆動機構に
駆動片を連結してなる電動タイプである。

【０００３】しかしながら電動アクチュエーターはその
メカニズムが複雑であり、縮小化を図ろうとするとモー
ター等の各構成部品全般を微小化せねばならず、部品の
製作や組み立て作業が非常に困難で、マイクロ化が要求
される分野への適用には不向きであった。

【０００４】

【発明の目的】従って本発明は、電動機構を使用するこ
と無く、且つ簡単な構成でマイクロ化も容易である、光
ファイバを利用した全く新しいタイプのアクチュエータ
ー装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【発明の構成】本発明の光アクチュエーター装置は、一
端が光源に接続された光ファイバの他端に密閉空間を具
備させてキャップ体を被着してなり、該キャップ体の一
部または全部がマイクロベローズで構成されていること
を特徴とするものである。

【０００６】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明の構成を示す概略断面図であ
り、コア２１及びクラッド２２を有する光ファイバ２の
一端に光源１が、他端側の端部２０（拡大図にて表示）
に嵌合部３１及びマイクロベローズ部３２からなるキャ
ップ体３が空間４を設けて被着されている。該キャップ
体３は、嵌合部３１により光ファイバ端部２０の外周に
密に固着されており、キャップ体３内部の空間４は気密
状態とされている。

【０００７】動作を説明すると、光源１からレーザ光等
の光パワーを光ファイバ２により伝送させて端面２３か
ら放射させた場合、キャップ体３内の空間４に存在する
流体Ｓがレーザ光により加熱されて熱膨張し、その結果
該熱膨張力によってキャップ体３のマイクロベローズ部
３２が伸長することになる。すなわちベローズ部３２の
先端部３３が前方へ移動することになる。またレーザ光
の供給を停止すると、空間４内の流体Ｓが収縮しベロー
ズ部３２は元の状態まで戻ることになる。すなわち、マ
イクロベローズ部３２は密閉空間４の流体Ｓの熱膨張・
収縮によりその形状が変形され、光源１からの光の供給
のＯＮ−ＯＦＦによりベローズ先端部３３がピストン運
動を行うものである。

【０００８】光源１としては各種のレーザ光源が好適で
あり、例えばＹＡＧレーザ、Ａｒレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、Ｈｏ−ＹＡＧレーザ等が使
用できる。光ファイバ２としてはガラス系光ファイバ、
プラスチック系光ファイバ等各種のものが使用可能であ
る。就中、純石英コアを有するマルチモードタイプの光
ファイバが、レーザパワーを高効率で伝送させることが
できるので好ましい。また光ファイバは通常一本で充分
であるが、複数本の光ファイバを集束したものであって
も良い。さらに光ファイバの外周に補強の目的で樹脂被
覆層等を設けることが望ましい。

【０００９】キャップ体３マイクロベローズ部３２とし
ては各種ゴム・プラスチックからなるものが使用可能で
あるが、流体Ｓの熱膨張力によっても容易に破壊しない
程度の強度を有していることが必要である。本発明にお
いては、キャップ体３全体をベローズにて構成しても良
いが、本実施例のようにキャップ体３の一部をマイクロ
ベローズ部としても良い。この場合、嵌合部３１を薄肉
のＳＵＳ管等とし、該ＳＵＳ管の端縁にマイクロベロー
ズ３２を取着するという構成が好適なものとして例示で
きる。かかる構成であれば、キャップ体３の光ファイバ
端部２０への被着が簡単かつ強固に行え、また流体Ｓの
膨張負荷がベローズ部３２に集中するので効率が良いと
言う利点がある。

【００１０】キャップ体３内の空間４内は単に空気が存
在しているだけであっても、別途各種気体や液体が封入
されていても良く、いずれも上記の流体Ｓとして適用可
能である。特に短時間の光の照射で大きな熱膨張力が得
られるよう、光吸収性の流体を封入することが好まし
い。例えば光源としてＨｏ−ＹＡＧレーザを使用した場
合は、その波長は２．１μｍであり、当該波長は水が良
好に吸収するので、空間４内に水を少量封入しておくの
も好適な例の一つである。この他に例えばカーボン粉末
等の光吸収性に優れる黒色粉末を封入するのも、熱膨張
力を向上させる好適な手段である。また、空間４の容積
は、光ファイバ２の外径や必要とするベローズ先端部３
３の押圧力等によって適宜選択されるが、具体的には容
積は０．０１ml〜３．５ml程度の範囲が好適である。

【００１１】図２は本発明の他の実施態様を示してお
り、マイクロベローズ３２の伸縮力を間接的に利用する
例を示している。図において、キャップ体３の外周にシ
リンダー５を取り付け、該シリンダー５内に一端がベロ
ーズ端部３３と当接したピストン６を前後方向に移動自
在に内装させている。シリンダー５内には係止片５１，
５２が突設されており、該係止片５１，５２とピストン
６の係止片６１が当接するよう構成され、シリンダー側
係止片５２とピストン側係止片６１とがバネ７で連結さ
れている。

【００１２】図はマイクロベローズ３２が伸長した状態
を示しており、レーザ光の供給を停止するとマイクロベ
ローズ３２が収縮し、その結果ピストン６はバネ７の復
元力により後方へ戻ることとなる。従ってピストン６の
先端部６２はピストン運動が可能となる。本実施例構造
であれば、機械的強度の弱点部となりやすいマイクロベ
ローズ部３２をシリンダー５で保護したような構造とな
るので、外力に対する耐性に優れるという利点がある。

【００１３】ところで空間４内へは、可及的に全空間に
対して均一にレーザ光が照射されることが、空間４内に
存在する流体全部に熱膨張を行わせ効率良く押圧力を発
生させる点で望ましい。このため、光ファイバ端面２０
を先細り状に加工しコア２１を比較的長距離露出させる
ようにし、空間４内へなるべく均一に光が照射し得るよ
うな工夫をすることが望ましい。

【００１４】上記したようなアクチュエーター装置は、
光ファイバ自体が通常４０〜２００μｍ程度の外径であ
り、本来的に微小なアクチュエーター装置として好適で
あるので、マイクロマシンの動力源等に利用し得る。例
えば上記実施例においてピストン６の先端部６２ににギ
ア機構を介してマイクロメス等を取り付けると、人体内
に挿入して患部の切除手術が行なえる等、医療分野への
適用も容易に可能となる。

【００１５】

【効果】以上説明した通りの本発明の光アクチュエータ
ー装置によれば、一本の光ファイバとマイクロベローズ
を有するキャップ体のみを基本構成とするアクチュエー
ター装置であって、電動アクチュエーター等に比較して
モーター等の駆動源が不要であると共に電源供給用リー
ド線も不要である極めて簡単な構成であり、また簡単な
構成であるのでマイクロ化も極めて容易である。しかも
電気を使用しないので、人体内等に適用する場合でも感
電等の心配が無く安全である。従って本発明は、医療用
マイクロマシン等の動力源として極めて有用なアクチュ
エーター装置である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す断面図

【図２】本発明の他の実施例を示す断面図

【符号の説明】

１ 光源 ２ 光ファイバ ２０ 光ファイバ端部 ３ キャップ体 ３２ マイクロベローズ部 ４ 空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉原 正久 兵庫県伊丹市池尻四丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端が光源に接続された光ファイバの他
   端に密閉空間を具備させてキャップ体を被着してなり、
   該キャップ体の一部または全部がマイクロベローズで構
   成されていることを特徴とする光アクチュエーター装
   置。