JPH06102933A

JPH06102933A - アクチュエータ

Info

Publication number: JPH06102933A
Application number: JP4249771A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Ueda; 康弘植田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1994-04-15

Abstract

(57)【要約】【目的】微小化しても所望する大きな駆動力を発生させ
ることができる簡単構造のアクチュエータの提供を目的
としている。【構成】本発明のアクチュエータ１は、記憶形状に変形
する複数の形状記憶合金素材２をメッシュ状に交差さ
せ、前記形状記憶合金素材２が交差する交差部４を結合
させた状態で編組し、前記形状記憶合金素材２が記憶形
状に変形する変形力によって駆動力を発生させるように
したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は形状記憶合金素材が記憶
形状に変形する際の変形力によって各種装置を駆動させ
る駆動力を得るアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロマシンの研究が活発化し
ており、その研究領域は内視鏡、カテーテル、処置具等
の医療機器や配管内を検査・補修する工業機器などにも
波及している。つまり、これらの機器の挿入部は体腔内
や狭い配管内に挿入されることからその外径を極細化す
る必要があり、そのためにもマイクロマシンの研究は必
要不可欠なものとなっている。

【０００３】また、前記医療機器等の挿入部は複雑に屈
曲した管腔内を目的部位に向かって挿入されることから
その挿入を容易にするために挿入部の例えば先端側部分
にはこの先端側部分を湾曲させる湾曲機構が設けられて
いる。前記挿入部を湾曲させる湾曲機構としては、形状
記憶合金（以下、ＳＭＡという。）やケモメカニカル材
料、あるいはゴム人工筋等を用いたアクチュエータがあ
り、こうしたアクチュエータを前記挿入具の先端側部分
に配設してアクチュエータを作動させることにより前記
先端側部分を湾曲させる駆動力を得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、マイクロマ
シンの研究に伴う医療機器の挿入部の細径化は、挿入部
を湾曲させる湾曲機構の小型化を余儀無くさせる。ま
た、湾曲機構を小型化しても所望する湾曲駆動力が得ら
れなければ挿入部の挿入性の向上が図れない。

【０００５】こうした問題を踏まえ、最近では、前述し
たケモメカニカル材料やゴム人工筋等に比べて小型化に
よる湾曲駆動力の低下が少ないＳＭＡを用いた様々な形
態の湾曲アクチュエータが開発されている。

【０００６】しかしながら、ＳＭＡを用いたこれらの湾
曲アクチュエータは、加熱・冷却することにより軸方向
に伸縮可能な２方向性ワイヤや曲げ形状を記憶させた板
材、線材、あるいは密巻き形状を記憶させたコイル状の
ものであるため、微小化が困難であったり、湾曲力量が
小さかったりして思うような湾曲駆動力を得られないこ
とがあった。

【０００７】本発明は上記事情に着目してなされたもの
であり、その目的とするところは、微小化しても所望す
る大きな駆動力を発生させることができる簡単構造のア
クチュエ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】上記課題を解決するため
に、本発明のアクチュエータは、記憶形状に変形する複
数の形状記憶合金素材をメッシュ状に交差させ、前記形
状記憶合金素材が交差する交差部を結合させた状態で編
組し、前記形状記憶合金素材が記憶形状に変形する変形
力によって駆動力を発生させるようにしたものである。

【０００９】

【作用】上記構成により、各形状記憶合金素材の変形力
は形状記憶合金素材同志を結合する交差部を介して総合
され、その総和はアクチュエータの変形力となってあら
われて各種装置を駆動させる駆動力を発生させる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説
明する。図１ないし図３は本発明の第１の実施例を示す
ものである。図１に示すように、本実施例のアクチュエ
ータ１は、ＮｉＴｉ合金やＣｕ−Ｚｎ系合金等によって
形成された形状記憶合金素材からなる構成部２をメッシ
ュ状に構成してなる。このメッシュ構造は、微視的に
は、図２の（ａ）に示すように、長尺な板素材としての
構成部２を波形状に加工し、この波形状の構成部２を同
一平面上にいくつも並設することによって構成される。
この場合、互いに隣り合う構成部２の山部２ａ同志はレ
ーザ溶接、スポット溶接、接着等の接合手段によって接
合されており、これによって、複数の長尺な形状記憶合
金素材があたかも斜め方向から交差したような交差部を
いくつも形作り、この交差部が接合された結合部４…と
して各構成部２同志を互いに連結固定している。

【００１１】なお、図２の（ａ）に示す構成部２はこれ
らが並設される平面に対して垂直な方向に幅がでるよう
に板素材を波形状に加工して形成されているが、図２の
（ｂ）に示すように、構成部２が並設される平面の方向
に幅がでるように板素材を波形状に加工して形成しても
よい。なお、この場合、前述した図２の（ａ）と同様の
方法でアクチュエータを作成してもよいが、エッチン
グ、スパッタリング等によって結合部４を含めた一体構
造のメッシュ状薄膜として形成してもよい。

【００１２】また、波形状の構成部２は設定された変態
温度（例えば３０℃〜１００℃の間で適宜選定する。）
まで加熱されることによって記憶された収縮形状に変形
するようになっている。具体的には、例えば図１の
（ａ）に示す長さＬ₀の状態から前記変態温度まで加熱
することによって図１の（ｂ）に示す長さＬ₁（Ｌ₀＝
Ｌ₁＋ΔＬ）の状態にΔＬだけ収縮するようになってい
る。

【００１３】なお、構成部２の記憶特性としては、変態
温度まで加熱することによって記憶された収縮形状にの
み形状回復する１方向性のものであってもよいが、変態
温度を境に加熱・冷却することによって図１の（ａ）の
状態と図１の（ｂ）の状態とに自ら伸縮する２方向性の
ものであってもよい。

【００１４】次に、上記構成のアクチュエータ１を動作
させる場合について説明する。図３はアクチュエータ１
を通電加熱させる通電回路を示している。アクチュエー
タ１はその両端が束ねられており、この束ねられた両端
部に通電制御部１０から電圧が印加されるように通電ラ
イン１３が接続された回路構成となっている。そして、
例えば図中上側をアクチュエータ固定部、下側をアクチ
ュエータ可動部として、アクチュエータ１の両端に電圧
を印加すると、各構成部２…は通電加熱されて図１の
（ａ）に示すＬ₀の長さから図３の（ｂ）に示すＬ₁の
長さに収縮変形する。なお、この収縮量は通電量を通電
制御部１０によってコントロールすることにより変化さ
せることができる。

【００１５】各構成部２…の収縮力は各構成部２を連結
する結合部４を介して総合され、その総和はアクチュエ
ータ１の収縮力Ｆとなってあらわれて各種装置を駆動さ
せる駆動力を発生させる。なお、この収縮変形時におい
てアクチュエータ１は幅方向に拡がることとなる（図１
の（ｂ）、図３の（ｂ）参照）。

【００１６】このように、本実施例のアクチュエータ１
は、簡単かつ柔軟な平面構造を成すため微小化し易い。
したがって、例えば細径内視鏡の挿入部の狭い部位への
配置が容易となる。また、小型化による変形力の低下が
少ない形状記憶合金の特性に加え、各構成部２…の収縮
力が各構成部２を連結する結合部４を介して総合される
ことにより大きな変形力を発生させることができるた
め、アクチュエータ１を微小化した場合でも前記変形力
に伴う大きな駆動力を発生させることができる。図４は
第１の実施例のアクチュエータ１のメッシュ構造の変形
例を示したものである。このアクチュエータ２５は、第
１の実施例のアクチュエータ１の構成部２の外表面に絶
縁膜２０を被覆し、この絶縁膜２０で構成部２の横方向
での結合を行なったものである。また、この絶縁膜２０
は隣り合う１対の構成部２，２を一単位１７として被覆
されている。さらに、これら１対の構成部２，２におい
ては、第１の実施例のように波形状の構成部２の山部２
ａ同志を接着剤等で接合することによって結合部４を構
成せず、隣り合う構成部２，２の山部２ａ，２ａ同志を
絶縁膜２０で両側から挟み込むことによって押し付ける
ことによって第１の結合部４ａを構成している。また、
一対の構成部２，２からなる各単位１７…を絶縁膜２０
によって横方向に結合することによって第２の結合部４
ｂが構成されている。なお、単位構成される一対の構成
部２，２を第１の結合部４ａを含めた一体構造のものと
してもよい。

【００１７】また、上記構成のアクチュエータ２５は、
一対の構成部２，２からなる単位１７ごとに通電ライン
１３が接続されている。つまり、各単位１７…が並列に
接続された回路構成となっている。また、通電切換え部
１５を設け、各単位１７…ごとに通電加熱できるように
なっている。つまり、各単位１７…を選択的に通電加熱
できるようになっている。したがって、収縮箇所を選択
して複雑な動作が可能である。

【００１８】図５は第１の実施例のアクチュエータ１を
医療用カテーテル３０の湾曲機構として使用した例を示
している。カテーテル３０は中央にチャンネル３２を有
するチューブ３６からなる。カテーテル３０の湾曲部３
１のチューブ３６外周面には３つのアクチュエータ１が
周方向に沿って等しい角度間隔で設けられている。ま
た、３つのアクチュエータ１が配置されたチューブ３６
の外周にはアクチュエータ１の両端を固定する状態で絶
縁を兼ねる外被３４が被覆されている。

【００１９】この構成では、湾曲させたい方向のアクチ
ュエータ１に前述した通電手段により通電加熱すること
で、このアクチュエータ１が収縮変形してカテーテル３
０の湾曲部３１に引張り力が作用し、図中破線で示すよ
うに湾曲部３１が湾曲動作する。

【００２０】また、図６示すように、アクチュエータ１
を内視鏡４０の湾曲機構として使用してもよい。この内
視鏡４０の湾曲部４１はカテーテル３０と同一の構成を
しており、チューブ３６中央のチャンネル３２内にイメ
ージガイドファイバ４７とライトガイドファイバ４９と
を同心円状に配設して成る。湾曲部４１のチューブ３６
外周面には４つのアクチュエータ１が周方向に沿って等
しい角度間隔で設けられている。また、４つのアクチュ
エータ１が配置されたチューブ３６の外周にはアクチュ
エータ１の両端を固定する状態で絶縁を兼ねる外被３４
が被覆されている。なお、図５、図６ともに通電ライン
１３は湾曲部３１，４１内に配置してある。

【００２１】図７は本発明の第２の実施例を示すもので
ある。本実施例のアクチュエータ５０は第１の実施例の
アクチュエータ１を収縮方向と垂直な方向に巻いて構成
したものである。また、図８は本発明の第３の実施例を
示すものである。本実施例のアクチュエータ６０は第１
の実施例のアクチュエータ１を収縮方向と垂直な方向に
折り重ねて構成したものである。図７、図８いずれの場
合も断面積は増えるが収縮力はかなり大きくなる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアクチュ
エータは、簡単かつ柔軟な構造を成すため微小化し易
い。したがって、例えば細径内視鏡の挿入部の狭い部位
への配置が容易となる。また、小型化による変形力の低
下が少ない形状記憶合金の特性に加え、各形状記憶合金
素材の変形力が形状記憶合金素材同志を結合する交差部
を介して総合されることにより大きな変形力を発生させ
ることができるため、アクチュエータを微小化した場合
でも前記変形力に伴う大きな駆動力を発生させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例のアクチュエー
タの記憶形状に変形する前の状態を示す平面図、（ｂ）
は記憶形状に変形した状態を示すアクチュエータの平面
図である。

【図２】（ａ）は図１のアクチュエータのメッシュ構造
を拡大して示した斜視図、（ｂ）は（ａ）の変形例を示
すメッシュ構造の斜視図である。

【図３】（ａ）は通電回路によって通電加熱する前の状
態を示すアクチュエータの概略図、（ｂ）は通電回路に
よって変態温度まで通電加熱した状態を示すアクチュエ
ータの概略図である。

【図４】通電回路によって変態温度まで通電加熱する場
合のアクチュエータのメッシュ構造の変形例を示す概略
図である。

【図５】（ａ）は図１のアクチュエータを医療用カテー
テルに適用した場合のカテーテルの湾曲動作を示す概念
図、（ｂ）は（ａ）のカテーテルの縦断面図である。

【図６】図１のアクチュエータを内視鏡に適用した場合
の内視鏡挿入部の縦断面図である。

【図７】本発明の第２の実施例のアクチュエータの概略
図である。

【図８】本発明の第３の実施例のアクチュエータの概略
図である。

【符号の説明】

１，２５，５０，６０…アクチュエータ、２…構成部
（形状記憶合金素材）、４…結合部（交差部）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記憶形状に変形する複数の形状記憶合金
素材をメッシュ状に交差させ、前記形状記憶合金素材が
交差する交差部を結合させた状態で編組して成り、前記
形状記憶合金素材が記憶形状に変形する変形力によって
駆動力を発生することを特徴とするアクチュエータ。