JPH05207967A - 光加熱型マニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】構造が簡単で電気を使用することなく安全性の
高い光加熱型マニピュレータを提供すること。 【構成】形状記憶合金２４のアクチュエ−タを備えたマ
ニピュレータにおいて、形状記憶合金２４に密接して設
けられた加熱媒体３０と、この加熱媒体３０に対してレ
ーザ光を照射するレ−ザ光照射手段３２とを備え、レ−
ザ光によって加熱された加熱媒体３０からの熱伝達によ
り、形状記憶合金２４を第１の形状から予め記憶した第
２の形状に変形させることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医療機器等に使用され
る光加熱型マニピュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、形状記憶合金（以下ＳＭＡと称す
る）を用いたアクチュエータの研究が進み、このＳＭＡ
アクチュエ−タを利用して内視鏡やカテーテルの湾曲機
構、マイクロロボット用マニピュレータの駆動機構等の
開発が行われている。

【０００３】このＳＭＡの加熱機構としては、その制御
の容易さから、通電加熱方法が一般的に用いられてい
る。しかし、医療用のマニピュレータとして用いる場
合、電気的安全性を確実にする必要があり、絶縁構造が
複雑化する傾向がある。

【０００４】この問題に対し、特開昭６３−１９４６２
８〜１９４６３１号公報に示すように、光ファイバのク
ラッド部を一部除去してコア部を露出させ、このコア部
にＳＭＡを接触させて配設したものがある。このアクチ
ュエ−タは、コア部から洩れた光によりＳＭＡを加熱
し、記憶形状に復元させる機構を採用したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に示す構成ではＳＭＡを常に光ファイバの側面に並列
的に配列する必要があり、ＳＭＡの配置が限定されるほ
か、マニピュレータとして応用する場合、その外径が太
径化するという問題がある。

【０００６】また、ＳＭＡに照射した光が反射して加熱
効率が低く、更に光ファイバを細径とし、ＳＭＡを太径
とした場合には、光照射面積が小さく、やはり加熱効率
が低くなるという問題がある。

【０００７】本発明は上記課題に着目してなされたもの
であり、その目的は構造が簡単で電気を使用することな
く安全性の高い光加熱型マニピュレータを提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、形状
記憶合金のアクチュエ−タを備えたマニピュレータにお
いて、前記形状記憶合金に密接して設けられた加熱媒体
と、この加熱媒体に対してレーザ光を照射するレ−ザ光
照射手段とを備え、前記レ−ザ光によって加熱された加
熱媒体からの熱伝達により、前記形状記憶合金を第１の
形状から予め記憶した第２の形状に変形させることを特
徴としている。

【０００９】従って、加熱媒体にレ−ザ光を照射すると
加熱媒体が発熱し、この加熱媒体の熱を駆動部材として
の形状記憶合金に伝達することにより、形状記憶合金が
第１の形状から予め記憶した第２の形状に変形してアク
チュエ−タが作動する。

【００１０】

【実施例】以下図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。

【００１１】図１及び図２は、本発明の第１実施例に係
わる光加熱型マニピュレ−タを適用したマニピュレート
機構付のカテ−テルを示し、このカテ−テルは、体腔内
に挿入して診断や治療に用いられる。

【００１２】図２に示すようにカテーテル２は、先端側
から第１湾曲部４、第２湾曲部６、第３湾曲部８を有
し、基端側の湾曲部８は挿入部１０に接続されている。
挿入部１０の手元側には分岐部１２が設けられ、分岐部
１２から分岐した一方のケ−ブル１３ａは、半導体レー
ザ発振器からなるレーザ発振部１４に接続され、他方の
ケ−ブル１３ｂは、操作部１８に接続されている。操作
部１８には各湾曲部４，６，８を湾曲操作するための３
つのジョイスティック１６が設けられている。

【００１３】また、湾曲部４，６，８と挿入部１０を貫
通してチャンネル２０が設けられ、このチャンネル２０
は分岐部１２の図示しない開口部に連通している。そし
て、この図示しない開口部から薬剤、造影剤、ガイドワ
イヤ、内視鏡、処置具等を挿入するように構成されてい
る。

【００１４】図１（ａ），（ｂ）は、上記第１湾曲部の
断面を示し、第１湾曲部４の中央にはチューブ２２から
なるチャンネル２０が設けられている。このチャンネル
２０の外周には、湾曲方向に対応して形状記憶合金製コ
イル２４（以下ＳＭＡコイルと称する）が配設され、そ
の先端は先端チップ２６に、他端は固定枠２８に固定さ
れている。また、ＳＭＡコイル２４の周囲にはカーボン
ファイバからなる加熱媒体３０が配設されている。ＳＭ
Ａコイル２４の基端部が固定された固定枠２８には、光
ファイバからなるレーザ導光ファイバ３２が挿通固定さ
れている。さらに、第１湾曲部４の外周面は、可撓性部
材で形成された外被３４で被覆されている。

【００１５】図１（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、各々湾曲
部４，６，８の横断面を示している。これらの図に示す
ように、各湾曲部４，６，８には、ＳＭＡコイル２４が
３方向に等分配置され、各湾曲部ごとに配置角度をずら
し、レーザ導光ファイバ３２の位置が干渉しないよいう
に配設されている。

【００１６】なお、ＳＭＡコイル２４は、密着巻形状に
形状記憶され、変態点Ａｆは４５〜５０℃に設定されて
いる。また、素材はＴｉ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ
合金等が好ましい。そして、組立て時には図２（ａ）の
ようにＳＭＡコイルを伸長させた状態で配設される。次
に、第１実施例に係わるカテ−テルの動作について説明
する。

【００１７】通常、このカテ−テル２を体腔内に挿入す
る時は、図２（ａ）に示すように各湾曲部４，６，８を
直線状にしておく。そして、カテ−テル２を所望の方向
に湾曲させる時は、湾曲方向に対応するレーザ導光ファ
イバ３２にレ−ザ発振部１４からレーザ光を導光し、Ｓ
ＭＡコイル２４に隣接する加熱媒体３０に向けてレ−ザ
光を照射する。その結果、加熱媒体３０はレ−ザ光によ
り加熱され、この熱がＳＭＡコイル２４に伝導し、例え
ば図１（ｂ）に示すようにＳＭＡコイル２４が記憶形状
に収縮し、第１湾曲部４を湾曲させる。この場合、加熱
媒体３０自体の温度が上昇するほか、レーザ光の乱反射
によりＳＭＡコイル２４も同時に光加熱され、加熱速度
が速められる。

【００１８】なお、上記加熱媒体としてカーボンファイ
バ以外に極細ステンレス線、タングステン線、鉄線、銅
線等、各種の線材を使用しても良い。また、線材だけに
限らず熱伝導率の高いものであればよい。さらに、ＳＭ
Ａコイルの先端側まで均等に加熱できるように、加熱媒
体を手元側は粗に、先端側を密にしてレーザ光を先端ま
で届かせるようにしてもよい。図３は、第１実施例にお
ける加熱媒体の変形例を示している。この変形例は、第
１実施例におけるＳＭＡコイル２４の素線にカーボンフ
ァイバからなる加熱媒体３０を絡めて配設したものであ
る。この変形例の基本動作は第１実施例と同様である
が、ＳＭＡコイル２４への伝熱効率が更に向上するとい
う効果がある。図４は、第１実施例におけるＳＭＡコイ
ルの変形例を示している。

【００１９】この変形例は、第１実施例におけるＳＭＡ
コイル２４の代わりにＳＭＡパイプ３６を設け、この中
にカーボンファイバからなる加熱媒体３０を配置したも
のである。そして、ＳＭＡパイプ３２に予め湾曲形状を
記憶させ、組立て時は直線状に整形して配置している。
従って、レーザ光により加熱媒体３０を加熱すると、Ｓ
ＭＡパイプ３６が加熱されて記憶された湾曲形状に復帰
する。この変形例では、形状記憶合金がパイプ状なので
柔軟性は低下するが、湾曲力が増加するという効果があ
る。

【００２０】次に、本発明の第２実施例に係わる光加熱
型マニピュレ−タを適用したガイドワイヤの操作機構に
ついて説明する。このガイドワイヤは体腔内に挿入して
処置等に使用される。

【００２１】図５に示すようにガイドワイヤ３８は、先
端に湾曲部４０を有し、手元側には第１コネクタ４２が
設けられている。この第１コネクタ４２に対して着脱自
在に第２コネクタ４４が接続され、第２コネクタ４４か
ら延出するケ−ブル４５は、レーザ発振部４６に接続さ
れている。このレーザ発振部４６には、接続コ−ド４７
を介して湾曲ＳＷ４８を有する操作部５０が接続されて
いる。

【００２２】図６（ａ），（ｂ）に示すように、上記湾
曲部４０の先端に設けられた先端部材５２には、ＳＭＡ
コイル５４の一端が接続固定され、ＳＭＡコイル５４の
他端は接続部材５６に固定されている。ＳＭＡコイル５
４内にはカーボンファイバからなる加熱媒体５８が収納
されている。また、接続部材５６にはレーザ導光ファイ
バ６０及びＳＵＳコイル６２が固定されている。

【００２３】本実施例のＳＭＡコイル５４は、２方向性
のＳＭＡで形成され、低温相では図６（ａ）に示すスト
レート形状となり、高温相では図６（ｂ）に示す湾曲形
状となるように形状記憶されている。また、ＳＭＡの変
態点の温度は４５〜５０℃に設定されている。

【００２４】この第２実施例では、操作部５０の湾曲Ｓ
Ｗ４８をＯＮすることにより、レ−ザ発振部４６からレ
−ザ光が発射され、ガイドワイヤ３８内に配設されたレ
−ザ導光ファイバ６０を介して、加熱媒体５８にレ−ザ
光が照射される。その結果、加熱媒体５８が加熱され
て、その伝熱によりＳＭＡコイル５４が図１（ｂ）に示
すような湾曲形状に変形する。

【００２５】一方、レ−ザ光による加熱停止後は、体温
や室温によりＳＭＡコイル５４が自然に冷却されて図６
（ａ）の直線形状に復元する。その他の構成及び作用効
果は、上記第１実施例と同様である。図７は、第２実施
例におけるＳＭＡコイルの変形例を示している。

【００２６】この変形例は、第２実施例におけるＳＭＡ
コイルの代わりに、ＳＭＡコイル６４とＳＵＳコイル６
６を交互に絡めて多条巻に形成したものである。また、
ＳＭＡコイル６４に１方向性のＳＭＡを使用し、高温時
に湾曲するように形状記憶させている。

【００２７】この変形例では、湾曲部４０は低温時にＳ
ＵＳコイル６６の弾性力により直線形状に維持される。
そして、レーザ光で加熱媒体５８を加熱すると、その伝
熱によりＳＭＡコイル６４は形状回復し、ＳＵＳコイル
６６の弾性力に抗し湾曲する。その他の構成及び作用効
果は、上記第２実施例と同様である。図８は、第２実施
例の他の変形例を示している。

【００２８】この変形例は、上記第２実施例のＳＭＡコ
イルの代わりにＳＵＳコイル６８を設け、その内部にＳ
ＭＡワイヤ７０を中心軸から偏芯して配設したものであ
る。このＳＭＡワイヤ７０には、加熱によりその長さが
収縮し、また冷却により伸長する２方向性のＳＭＡが使
用されている。

【００２９】この変形例では、レーザ光の照射により加
熱媒体５８が加熱され、その伝熱によりＳＭＡワイヤ７
０が加熱されて、ＳＭＡワイヤ７０の長さが収縮する。
その結果、ＳＵＳコイル６８を図８（ｂ）のように湾曲
させる。一方、レ−ザ光による加熱を停止すると、体温
や室温によりＳＭＡワイヤ７０が自然に冷却されて伸長
し、図８（ａ）に示す状態に復帰する。次に、上記第１
実施例のカテーテルに設けられたチャンネルへ流体を供
給するマイクロポンプについて説明する。

【００３０】図９に示すように、このマイクロポンプ７
２はポンプ室７４を有し、ポンプ室７４の上面開口部
は、薄膜ＳＭＡからなるダイヤフラム７６で覆われ、こ
のダイヤフラム７６には、レーザ導光ファイバ７８が対
向して配置されている。また、ポンプ室７４には、流体
を一方向に流すための逆止弁８０を有する管路が接続さ
れている。

【００３１】ダイヤフラム７６は、図９に破線で示すよ
うな形状を予め記憶させ、ポンプ室７４に対して張力を
与えて平面形状にして配置している。なお、ダイヤフラ
ム７６には２方向性のＳＭＡを使用して、高温相で破線
形状、低温相で平面形状となるように形状記憶してもよ
い。

【００３２】このように構成されたマイクロポンプで
は、レ−ザ導光ファイバ７８からレ−ザ光を照射してレ
ーザ加熱によりダイヤフラム７６を変形させることによ
り、ポンプ室７４内の体積が増減して流体が供排出され
る。なお、本発明は上記実施例及び変形例により限定さ
れるものではなく、内視鏡や各種処置具の湾曲機構にも
適用可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光加熱型マ
ニピュレ−タでは、加熱手段にレ−ザ光と加熱媒体とを
使用しているため、電気を使用することなく安全性が高
く、また、簡単な構成で効率良く形状記憶合金を加熱す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１実施例に係わる光加熱型
マニピュレ−タを適用したカテ−テル先端部の断面図、
（ｂ）は同カテ−テルの湾曲状態を示す断面図、（ｃ）
〜（ｅ）は同カテ−テル湾曲部の横断面図である。

【図２】第１実施例に係わるカテ−テルの全体構成を示
す斜視図である。

【図３】第１実施例に係わるカテ−テル駆動部の変形例
を示す斜視図である。

【図４】第１実施例に係わるカテ−テル駆動部の他の変
形例を示す斜視図である。

【図５】本発明の第２実施例に係わる光加熱型マニピュ
レ−タを適用したガイドワイヤ操作機構の斜視図であ
る。

【図６】（ａ）は第２実施例に係わるガイドワイヤ先端
部を示す断面図、（ｂ）は同ガイドワイヤの湾曲状態を
示す断面図である。

【図７】第２実施例に係わるガイドワイヤ湾曲部の変形
例を示す断面図である。

【図８】（ａ）は第２実施例に係わるガイドワイヤ湾曲
部の他の変形例を示す断面図、（ｂ）は同ガイドワイヤ
の湾曲状態を示す断面図である。

【図９】第１実施例に係わるカテ−テルのチャンネルへ
給水するためのマイクロポンプを示す部分断面図であ
る。

【符号の説明】

２…カテ−テル、４，６，８…湾曲部、１４…レ−ザ発
振部、２４…ＳＭＡコイル、３０…加熱媒体、３２…レ
−ザ導光ファイバ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植田 康弘 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 形状記憶合金のアクチュエ−タを備えた
   マニピュレータにおいて、前記形状記憶合金に密接して
   設けられた加熱媒体と、この加熱媒体に対してレーザ光
   を照射するレ−ザ光照射手段とを備え、前記レ−ザ光に
   よって加熱された加熱媒体からの熱伝達により、前記形
   状記憶合金を第１の形状から予め記憶した第２の形状に
   変形させることを特徴とする光加熱型マニピュレータ。