JPH06133922A - 可撓管の湾曲機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は電圧印加駆動型のケモメカニカル材料
を利用したアクチュエータによる湾曲力量・応答性を向
上でき、かつ電圧印加駆動時のガス発生を防止すること
を最も主要な特徴とする。 【構成】ケモメカニカルシート８にくし形電極９ａ，９
ｂが装着された膜型アクチュエータ構成要素７を形成
し、この膜型アクチュエータ構成要素７を巻回して形成
された巻回構造体１４によって湾曲部の湾曲操作手段を
形成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば内視鏡の挿入部
や、カテーテル等に使用される可撓管の湾曲機構に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内視鏡の挿入部や、カテーテル
等に使用される可撓管の先端部側に湾曲変形可能な湾曲
部を設け、手元側の操作部の操作にともないこの湾曲部
を遠隔的に湾曲操作する湾曲機構を設けたものが知られ
ている。

【０００３】この種の湾曲機構の一例として例えば特開
平１−３２００６８号公報には可撓管の湾曲部にケモメ
カニカル材料（メカノケミカル材料）の膨脹・収縮動作
を利用したアクチュエータを配設することにより、内視
鏡の挿入部や、カテーテル等に使用される可撓管の細径
化を図るようにしたものが開示されている。

【０００４】なお、特開平１−３２００６８号公報には
挿入部を構成する樹脂製の外皮の内部に挿入部の長手方
向に沿って長い一対の収納室を形成し、この収納室内に
棒状のケモメカニカル材料を収納するとともに、この収
納室の前後両端に電圧印加用電極を配設し、両電極間の
ケモメカニカル材料への電圧印加を制御することによ
り、可撓管を湾曲操作する構成の電圧印加駆動型のケモ
メカニカル材料のアクチュエータが示されている。

【０００５】ここで、ケモメカニカル材料の両端の電極
間に電圧を印加した場合にはケモメカニカル材料は水を
放出しながら収縮し（ケモメカニカル反応）、このケモ
メカニカル材料の収縮動作にともない可撓管を湾曲操作
するようになっている。そして、ケモメカニカル材料の
両端の電極間の電圧印加を止めるとケモメカニカル材料
は放出した水を再び吸収しながら膨脹し、可撓管の湾曲
動作が解除されるようになっている。

【０００６】また、ケモメカニカル材料の動作を制御す
る手段としては電圧印加駆動型の駆動手段に代えてｐＨ
が異なる溶液を供給することでケモメカニカル材料を膨
脹、或いは収縮させる構成にしたｐＨ制御型の駆動手段
を備えたアクチュエータもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成のものにあってはケモメカニカル材料から成るア
クチュエータ構成部材のケモメカニカル的な反応によっ
て、そのアクチュエータ構成部材を収縮又は伸長させる
為、湾曲部を湾曲操作する際の応答速度が一般的に遅く
なるとともに、湾曲力量も小さく、可撓管を十分湾曲さ
せる事が困難なものとなる問題がある。

【０００８】さらに、電圧印加駆動型のケモメカニカル
材料の場合にはケモメカニカル材料への印加電圧が大き
い場合には水の電気分解により、電極部からガスが発生
する問題がある。

【０００９】また、ケモメカニカル材料の両端の電極間
への電圧印加時のガス発生を防止するために駆動電圧を
小さくした場合にはアクチュエータとしての駆動力量が
さらに小さくなるとともに、応答性がさらに低下する問
題がある。

【００１０】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的は、電圧印加駆動型のケモメカニカル材料
を利用したアクチュエータによる湾曲力量・応答性を向
上でき、かつ電圧印加駆動時のガス発生を防止できる可
撓管の湾曲機構を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は可撓管の湾曲部
の湾曲操作用のアクチュエータとしてケモメカニカル材
料を用いた可撓管の湾曲機構において、前記ケモメカニ
カル材料がシート状に成形されたケモメカニカルシート
を設け、このケモメカニカルシートに電圧印加電極が装
着された膜型アクチュエータ構成要素を形成するととも
に、前記膜型アクチュエータ構成要素を巻回して巻回構
造体を形成し、この巻回構造体によって前記湾曲部を湾
曲操作する湾曲操作手段を設けたものである。

【００１２】

【作用】ケモメカニカルシートに電圧印加電極が装着さ
れた膜型アクチュエータ構成要素を巻回した巻回構造体
を湾曲部内に装填することにより、湾曲部の内部スペー
スに高充填率でアクチュエータを実装してアクチュエー
タによる湾曲力量・応答性を向上させ、かつ電圧印加駆
動時のガス発生を防止するようにしたものである。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１乃至図３
（Ｂ）を参照して説明する。図３（Ａ）は例えば医療用
処置等に用いられるカテーテル等の可撓管１の先端部側
の湾曲部２を示すものである。この可撓管１の管内には
可撓性のチャンネルチューブ４が配設されており、この
チャンネルチューブ４の内部に処置具等を挿通する為の
処置具挿通チャンネル３が形成されている。

【００１４】また、可撓管１の先端部にはチャンネルチ
ューブ４の外周部位に湾曲操作用の第１のアクチュエー
タ（湾曲操作手段）５および第２のアクチュエータ（湾
曲操作手段）６がそれぞれ配設されている。この場合、
第１のアクチュエータ５および第２のアクチュエータ６
には図１に示す膜型アクチュエータ構成要素７が設けら
れている。

【００１５】この膜型アクチュエータ構成要素７には電
圧を印加する事で収縮するケモメカニカル材料がシート
状に成形されたケモメカニカルシート８が設けられてい
る。この場合、ケモメカニカル材料としては例えば、橋
かけしたポリ２−アクリルアミド−２−メチルプロパン
スルホン酸（ＰＡＭＰＳ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡ
Ａ）、ＰＡＭＰＳとＰＭＡＡとの混合物、ホーリアクリ
ル酸（ＰＡＡ）、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、
ポリ−４−ビニルピリジン（Ｐ４ＶＰ）及びその四級化
物、寒天、アルギン酸、コラーゲン、ゼラチン等の電荷
を持った高分子電解質ゲル、パーフルオロスルホン酸等
から成るイオン交換膜が用いられる。

【００１６】さらに、ケモメカニカルシート８の表面８
ａおよび裏面８ｂには電圧を印加する為のくし形電極
（電圧印加電極）９ａ，９ｂがそれぞれ設けられてい
る。これらのくし形電極９ａ，９ｂはリード線１０を介
して可変抵抗器１１，電源１２，スイッチ１３がそれぞ
れ接続されている。そして、スイッチ１３のオン−オフ
操作にともない電源１２から各くし形電極９ａ，９ｂを
介してケモメカニカルシート８に印加される電圧の印加
状態を制御可能になっている。

【００１７】なお、くし形電極９ａ，９ｂには複数のく
し形歯部１５ａ…，１５ｂ…がそれぞれ突設されてい
る。これらのくし形歯部１５ａ…，１５ｂ…は噛合状態
で並設されている。

【００１８】また、膜型アクチュエータ構成要素７は図
１中の矢印で示すようにくし形電極９ａ，９ｂのくし形
歯部１５ａ…，１５ｂ…の突設方向に巻回され、図２
（Ａ）に示すようにくし形歯部１５ａ…，１５ｂ…の突
設方向と直交する方向に配置された中心軸を中心に巻回
された巻回構造体１４が形成されている。そして、２組
の巻回構造体１４，１４が可撓管１とチャンネルチュー
ブ４との間に挿入された状態で、可撓管１の内周壁と固
定され、可撓管１の湾曲部２を湾曲操作する第１のアク
チュエータ５および第２のアクチュエータ６がそれぞれ
形成されている。

【００１９】さらに、第１のアクチュエータ５および第
２のアクチュエータ６のそれぞれのスイッチ１３は手元
側のジョイスティック等から成る操作部１４に接続され
ている。そして、この操作部１４の切換えレバー１４ａ
の操作にともない第１のアクチュエータ５または第２の
アクチュエータ６のいずれか一方のスイッチ１３が選択
的にオン−オフ操作され、オン操作されたスイッチ１３
側のアクチュエータ５または６に電圧が印加されるよう
になっている。

【００２０】ここで、第１のアクチュエータ５および第
２のアクチュエータ６の巻回構造体１４は電圧が印加さ
れていない非電圧印加状態では図２（Ａ）に示すように
巻回構造体１４の中心軸方向の長さがＬ₀ の初期形状で
保持されている。そして、巻回構造体１４は電圧印加時
には図２（Ｂ）に示すように巻回構造体１４の中心軸方
向の長さが△Ｌだけ収縮して全体の長さがＬに収縮し、
この巻回構造体１４の収縮動作にともない力Ｆが発生す
るようになっている。

【００２１】次に、上記構成の作用について説明する。
まず、カテーテル等の可撓管１の使用時にはこの可撓管
１を患者の消化管等に挿入したのち、チャンネルチュー
ブ４の処置具挿通チャンネル３を通して図示しない処置
具を患者の体内に挿入する。

【００２２】また、体内に挿入された処置具を目的とす
る患部へ誘導する為に、可撓管１の先端部を湾曲させる
必要が生じた場合には手元側の操作部１４の切換えレバ
ー１４ａを操作する。そして、この操作部１４の切換え
レバー１４ａの操作にともない第１のアクチュエータ５
または第２のアクチュエータ６のいずれか一方のスイッ
チ１３が選択的にオン−オフ操作され、オン操作された
スイッチ１３側のアクチュエータ５または６、例えばこ
こでは第１のアクチュエータ５に電圧が印加される。

【００２３】ここで電圧が印加された第１のアクチュエ
ータ５の巻回構造体１４は図２（Ｂ）に示すようにこの
巻回構造体１４の中心軸方向の長さが△Ｌだけ収縮して
全体の長さがＬに収縮し、この巻回構造体１４の収縮動
作にともない力Ｆが発生する。そのため、この巻回構造
体１４の収縮動作力Ｆによって可撓管１の湾曲部２は図
３（Ｂ）に示すように湾曲操作される。

【００２４】さらに、目的の処理が終了したら再度、操
作部１４の切換えレバー１４ａを操作して第１のアクチ
ュエータ５への通電を止める。これにより、第１のアク
チュエータ５は図２（Ａ）に示す伸長状態に復帰され、
この第１のアクチュエータ５の形状復帰動作にともない
可撓管１の湾曲部２は図３（Ａ）に示す元の直線状態に
復帰される。

【００２５】また、図３（Ｂ）に示す湾曲操作方向と逆
側に湾曲させたい場合には操作部１４の切換えレバー１
４ａを操作して第２のアクチュエータ６に電圧を印加
し、この第２のアクチュエータ６の巻回構造体１４を収
縮させることにより、可撓管１を図３（Ｂ）に示す湾曲
操作方向と逆側に湾曲させることができる。

【００２６】そこで、上記構成のものにあってはケモメ
カニカルシート８にくし形電極９ａ，９ｂが装着された
膜型アクチュエータ構成要素７を巻回した巻回構造体１
４を可撓管１の湾曲部２内に装填したので、湾曲部２の
内部スペースに高充填率でアクチュエータ５，６を実装
することができる。そのため、アクチュエータ５，６の
実装体積を大きくとる事ができるので、アクチュエータ
５，６による湾曲力量・応答性を向上することができ
る。

【００２７】さらに、ケモメカニカルシート８の表面８
ａおよび裏面８ｂに表面積が大きいくし形電極９ａ，９
ｂを設けたので、アクチュエータ５，６を低電圧で駆動
することができる。そのため、可撓管１の湾曲部２の湾
曲操作時にはくし形電極９ａ，９ｂ間に印加される駆動
電圧を従来に比べて小さくすることができるので、従来
のような水の電気分解によるガスの発生を防止すること
ができる。

【００２８】また、図４は本発明の第２の実施例を示す
ものである。この実施例の可撓管２１の湾曲部２には第
１の実施例の巻回構造体１４と同一構成の巻回構造体１
４によって形成される３組のアクチュエータ（第１〜第
３のアクチュエータ２１，２２，２３）が装着されてい
る。そして、これらのアクチュエータ２１，２２，２３
のいずれか１個、或いは２個に適宜選択的に電圧を印加
することにより、可撓管２１の湾曲部２を３６０°の任
意の方向に湾曲操作することができるようになってい
る。

【００２９】したがって、この場合も第１の実施例と同
様に湾曲部２の内部スペースに高充填率でアクチュエー
タ２１，２２，２３を実装することができるので、第１
の実施例と同様の効果を得ることができる。

【００３０】また、図５および図６は本発明の第３の実
施例を示すものである。これは、図６に示すように例え
ば医療用の診断・処置に用いられる内視鏡の挿入部３１
の湾曲部３２に、図５に示すように第２の実施例と同様
に第１の実施例の巻回構造体１４と同一構成の巻回構造
体１４によって形成される３組のアクチュエータ（第１
〜第３のアクチュエータ３３，３４，３５）を装着した
ものである。

【００３１】ここで、内視鏡の挿入部３１には可撓性の
外皮３６内にイメージガイドファイバ３７、ライトガイ
ドファイバ３８、チャンネルチューブ３９がそれぞれ配
設されている。さらに、チャンネルチューブ３９の内部
には処置具挿通チャンネル４０が形成されている。

【００３２】そして、内視鏡の使用時にはこの内視鏡の
挿入部３１を消化管、血管等の管腔臓器に挿入し、目的
とする患部を診断・処置する。この患部の診断・処置作
業を行なう際、内視鏡の湾曲部３２を湾曲させる必要が
生じた場合には図示しない手元側の制御部を操作し、湾
曲させたい側のアクチュエータ、すなわちアクチュエー
タ３３，３４，３５のうちのいずれか１個、或いは２個
に適宜選択的に電圧を印加する。これにより、挿入部３
１の湾曲部３２を図６に示すように通電した側のアクチ
ュエータ方向に湾曲させ、診断・処置が行なえる。な
お、制御部を操作して通電を止めれば挿入部３１の湾曲
部３２は元の直線状態に戻る。

【００３３】したがって、この場合も第１の実施例と同
様に内視鏡の挿入部３１の湾曲部３２の内部スペースに
高充填率でアクチュエータ３３，３４，３５を実装する
ことができるので、第１の実施例と同様の効果を得るこ
とができる。

【００３４】また、図７乃至図９は図９に示すようにカ
テーテル等の可撓管４１の先端部側に多段型の湾曲部４
２を配設した第１の変形例を示すものである。この場
合、可撓管４１の湾曲部４２には図７に示すように軸方
向及び円周方向にそれぞれ複数のアクチュエータ収納室
４３が設けられている。これらのアクチュエータ収納室
４３にはそれぞれ図８（Ａ）に示すケモメカニカル材料
から成るアクチュエータ４４が収納されている。

【００３５】このアクチュエータ４４には図８（Ａ）に
示すように上下に離間対向配置された一対の剛性のある
支持板４５，４６が設けられている。また、これらの両
支持板４５，４６間の外周面には筒状の可撓性フィルム
５０が配設されてアクチュエータ４４の密閉室４４ａが
形成されている。

【００３６】さらに、密閉室４４ａ内には螺旋状の正電
極４７が両支持板４５，４６間の中心部に架設されてお
り、この正電極４７の周囲には複数の円筒状もしくは繊
維状のケモメカニカル物質４８…が略平行に配設され、
さらにこのケモメカニカル物質４８…の外周部位を囲む
状態で螺旋状の負電極４９が配設されている。また、こ
の密閉室４４ａ内には電解質溶液５１が水密状態で封入
されている。

【００３７】なお、ケモメカニカル物質４８…は電圧印
加により収縮する電解質高分子ゲルが用いられる。ま
た、正電極４７，負電極４９には白金もしくは金のワイ
ヤが用いられる。さらに、フィルム５０はゴム等の伸縮
性に富むものが用いられる。

【００３８】また、可撓管４１の湾曲部４２の各アクチ
ュエータ収納室４３内に収納されたアクチュエータ４４
は図示しない手元側の制御部の操作によってそれぞれ独
立的に電圧が印加されるようになっている。

【００３９】次に、上記構成の作用について説明する。
まず、アクチュエータ４４の正電極４７と負電極４９と
の間に電圧が印加されていない状態では図８（Ａ）に示
すようにアクチュエータ４４のフィルム５０は略円筒状
の初期形状で保持される。

【００４０】また、アクチュエータ４４の正電極４７と
負電極４９との間に電圧が印加された場合にはケモメカ
ニカル物質４８は物質内部に貯えていた電解質溶液を排
出して等方向に収縮変形をする。そして、このケモメカ
ニカル物質４８の収縮動作にともない容量が増加する電
解質溶液５１によってフィルム５０が図８（Ｂ）に示す
ように横方向に膨脹される。

【００４１】この状態から電圧印加を止めるか、或いは
正負逆に電圧を印加すると、ケモメカニカル物質４８は
電解質溶液５１を吸収して図８（Ａ）に示したように元
に戻る。

【００４２】そして、カテーテル等の可撓管４１の使用
時には可撓管４１を患者の消化管や血管等の蛇行した管
腔に挿入していく際、図示しない手元操作部により、ア
クチュエータ収納室４３内のアクチュエータ４４に選択
的に電圧を印加することにより、電圧印加されたアクチ
ュエータ４４を図８（Ｂ）に示すように径方向に膨脹さ
せ、図９に示す様に可撓管４１を多段式に湾曲させるこ
とができる。このとき、電圧印加するアクチュエータ４
４を選択することで蛇行した血管、消化管へも容易に挿
入可能となる。

【００４３】また、可撓管４１の湾曲部４２の各アクチ
ュエータ収納室４３内に収納された全てのアクチュエー
タ４４…を非電圧印加状態、または正負逆に通電するこ
とにより、可撓管４１は直線状となり、容易に生体から
抜去できる。さらに、可撓管４１の管内に形成されるチ
ャンネル５２内を通して処置具等を挿通し、各種処置も
実施できる。

【００４４】そこで、上記構成のものにあっては可撓管
４１の湾曲部４２の各アクチュエータ収納室４３内に収
納された全てのアクチュエータ４４…のうち選択的に電
圧を印加することにより、湾曲部４２の屈曲の方向、位
置、向きの制御ができる。

【００４５】さらに、各アクチュエータ４４には複数の
円筒状もしくは繊維状のケモメカニカル物質４８…を収
容させたので、電圧印加時の発生力を集積化でき、発生
力が増大させることができる。そのため、電圧印加時に
はアクチュエータ４４を高速に駆動することができ、湾
曲操作の応答性を高めることができる。また、駆動電圧
を従来に比べて小さくすることができるので、電圧印加
時の電極部からのガス発生を防止することができる。

【００４６】また、図１０（Ａ）〜（Ｃ）は図１０
（Ａ）に示すようにカテーテル等の可撓管６１の先端部
側に配設された湾曲部６２の第２の変形例を示すもので
ある。この湾曲部６２には可撓管６１の管壁内にアクチ
ュエータ収納室６３が２方向にのみ設けられている。

【００４７】各アクチュエータ収納室６３内には図１０
（Ｂ）に示すケモメカニカルアクチュエータ６４が収納
されている。このケモメカニカルアクチュエータ６４に
は上下に離間対向配置された電圧印加電極を兼ねる導電
性のある一対の支持板６５，６６が設けられている。こ
れらの支持板６５，６６間の外周面には異方性の伸縮を
するメッシュ６７と可撓性のあるフィルム６８とが配設
されてアクチュエータ６４の密閉室６４ａが形成されて
いる。

【００４８】さらに、密閉室６４ａ内には粒子状の多数
のケモメカニカル物質６９…と、電解質溶液７０とが収
容されている。なお、粒子状ケモメカニカル物質６９…
は膨潤、収縮率の大きい電解質高分子ゲルが望ましい。
また、メッシュ６７は繊維を斜めに編んでいる為、図１
０（Ｂ）の状態よりも長くならず、横方向にのみ変形で
きる。

【００４９】また、可撓管６１の先端部外周面には各ア
クチュエータ収納室６３と対応する部位におもり７１が
それぞれ固定されている。さらに、各アクチュエータ収
納室６３内のアクチュエータ６４の支持板６５，６６は
リード線７２を介して手元側操作部に設けた電源７３、
スイッチ７４に接続されている。この場合、スイッチ７
４の一方の切換え端子７４ａは一方のアクチュエータ６
４側の支持板６６に、また他方の切換え端子７４ｂは他
方のアクチュエータ６４側の支持板６６にそれぞれ接続
されている。さらに、スイッチ７４の切換えレバー７４
ｃは図１０（Ａ）に示す中立位置、或いは切換え端子７
４ａ，７４ｂのいずれか一方に接続された２つの接続位
置に選択的に切換え操作されるようになっている。

【００５０】そして、スイッチ７４の切換えレバー７４
ｃが中立位置に保持されている状態では両アクチュエー
タ６４は非通電状態で保持されるとともに、切換えレバ
ー７４ｃがいずれか一方の切換え端子７４ａ，７４ｂと
の接続位置に切換え操作された場合には電源７３から供
給される電圧が切換えレバー７４ｃによって接続された
方のアクチュエータ６４に選択的に印加される状態に切
換えられるようになっている。

【００５１】次に、上記構成の作用について説明する。
まず、スイッチ７４の切換えレバー７４ｃが中立位置に
保持されている状態では両アクチュエータ６４は非通電
状態で保持されるので、両アクチュエータ６４の支持板
６５，６６間のフィルム６８は図１０（Ｂ）に示すよう
に略円筒状の初期形状で保持される。そして、この状態
では図１０（Ａ）中に実線で示すように可撓管６１の湾
曲部６２は略直線状の初期形状で保持される。

【００５２】また、手元側操作部の操作にともないスイ
ッチ７４の切換えレバー７４ｃがいずれか一方の切換え
端子、例えばここでは切換え端子７４ａとの接続位置に
切換え操作された場合には電源７３から供給される電圧
が切換えレバー７４ｃによって接続された切換え端子７
４ａ側のアクチュエータ６４に選択的に印加される。こ
の状態では上下の支持板６５，６６間に電圧が印加さ
れ、図１０（Ｃ）に示すようにアクチュエータ６４内の
粒子状ケモメカニカル物質６９…が電解質溶液７０を吸
収して膨潤し、それによって上下の支持板６５，６６間
のフィルム６８およびメッシュ６７が横方向に膨れてア
クチュエータ６４全体が長さ方向には縮む状態に変形す
る。

【００５３】これにより、図１０（Ａ）中に一点鎖線で
示すように可撓管６１の湾曲部６２は上向きに湾曲す
る。このとき、可撓管６１の先端部外周の湾曲方向のお
もり７１によってこのおもり７１がない場合と比べ湾曲
変位は大きくなる。

【００５４】また、可撓管６１の湾曲部６２を略直線状
の初期形状に戻すにはスイッチ７４の切換えレバー７４
ｃが中立位置に切換え操作し、アクチュエータ６４への
電圧印加を止めるか、或いは逆の電圧を印加すれば良
い。

【００５５】さらに、可撓管６１の湾曲部６２を逆側に
湾曲させる場合には手元側操作部の操作にともないスイ
ッチ７４の切換えレバー７４ｃを他方の切換え端子、例
えばここでは切換え端子７４ｂとの接続位置に切換え操
作して逆側のアクチュエータ６４に電圧を印加すれば良
い。

【００５６】したがって、この場合もカテーテル等の可
撓管６１の使用時にはこの可撓管６１を消化管、血管等
の管腔臓器に挿入し、目的とする患部に近接させる際
に、可撓管６１の湾曲部６２を湾曲させる必要が生じた
場合は手元側操作部を操作し、電源７３の電圧を一方の
アクチュエータ６４に印加することにより、可撓管６１
の湾曲部６２を湾曲させることができる。

【００５７】また、図１１（Ａ），（Ｂ）は図１０
（Ａ）〜（Ｃ）のケモメカニカルアクチュエータ６４の
変形例を示すものである。すなわち、図１０（Ａ）〜
（Ｃ）ではアクチュエータ６４の密閉室６４ａ内に粒子
状ケモメカニカル物質６９…を収容した構成のものを示
したが、ここでは粒子状ケモメカニカル物質６９…の代
りにファイバ状のケモメカニカル物質８１を収容する構
成にしたものである。

【００５８】したがって、この場合にはアクチュエータ
６４の密閉室６４ａ内のケモメカニカル物質８１がファ
イバ状になっているので、アクチュエータ６４の密閉室
６４ａ内に収容されるケモメカニカル物質８１全体の表
面積を増やすことができる。そのため、アクチュエータ
６４の応答性を一層高速化することができるとともに、
ケモメカニカル物質８１の形状が無定形なのでアクチュ
エータ６４の形状の制限を少なくすることができる。

【００５９】また、図１２（Ａ），（Ｂ）は図７の可撓
管４１の湾曲部４２のアクチュエータ収納室４３内に収
容されるアクチュエータのさらに別の変形例を示すもの
である。

【００６０】すなわち、この変形例のアクチュエータ９
１には上下に離間対向配置された電圧印加電極を兼ねる
導電性のある一対の支持板９２，９３が設けられてい
る。これらの支持板９２，９３間の外周面には可撓性の
ある円筒状のフィルム９４が配設されてアクチュエータ
９１の密閉室９１ａが形成されている。

【００６１】さらに、上部支持板９２の下面にはカーボ
ンファイバ等からなる複数の正電極９５…が突設されて
いる。これらの正電極９５…の表面にはポリアクリル酸
ナトリウム等の高分子ゲルから成るケモメカニカル物質
９６がそれぞれ付着されている。また、このケモメカニ
カル物質９６の表面には支持板９２との接合部位以外の
部分に白金もしくは金等の薄膜がメッキされている。こ
れらの薄膜の基端部は下部支持板９３の上面に接続さ
れ、負電極９７が形成されている。

【００６２】なお、アクチュエータ９１の密閉室９１ａ
内には電解質溶液９８が封入されている。また、負電極
９７の白金もしくは金の薄膜は各々の粒子が堆積した状
態のもので柔軟性があり、密閉室９１ａ内の電解質溶液
９８を通過可能である。

【００６３】そして、このアクチュエータ９１は図７の
可撓管４１の湾曲部４２の各アクチュエータ収納室４３
内に収容され、手元側操作部からの操作によって各アク
チュエータ収納室４３内のアクチュエータ９１の電圧の
印加状態をそれぞれ制御可能になっている。

【００６４】次に、上記構成の作用について説明する。
まず、全てのアクチュエータ収納室４３内のアクチュエ
ータ９１が非通電状態で保持されている場合には各アク
チュエータ９１の支持板９２，９３間のフィルム９４は
図１２（Ａ）に示すように略円筒状の初期形状で保持さ
れる。そして、この状態では可撓管４１の湾曲部４２は
略直線状の初期形状で保持される。

【００６５】また、いずれかのアクチュエータ収納室４
３内のアクチュエータ９１に可撓管４１の手元側から電
圧を印加した場合には電圧が印加されたアクチュエータ
９１内のケモメカニカル物質９６は内部の電解質溶液９
８を排出して軸方向に収縮し、排出された電解質溶液９
８によってフィルム９４を横方向に膨らまし、図１２
（Ｂ）に示す収縮形状に変形する。したがって、このア
クチュエータ９１の変形動作にともない可撓管４１の湾
曲部４２が湾曲操作される。

【００６６】また、可撓管４１を直線状態に戻すにはア
クチュエータ９１への電圧印加を止めるか、正負逆の電
圧を印加する。するとケモメカニカル物質９６は電解質
溶液９８を吸収して膨潤変形し、図１２（Ａ）に示すよ
うに略円筒状の初期形状に戻るので、可撓管４１は元の
直線状態に戻る。

【００６７】図１３（Ａ），（Ｂ）は図１３（Ａ）に示
すようにカテーテル等の可撓管１０１の先端部側に配設
された湾曲部１０２の第３の変形例を示すものである。
この場合、可撓管１０１の湾曲部１０２には図１３
（Ａ）に示すように軸方向及び円周方向にそれぞれ複数
のアクチュエータ収納室１０３が設けられている。これ
らのアクチュエータ収納室１０３はそれぞれ連通孔１０
４を介して可撓管１０１の外部と直通可能となってい
る。

【００６８】また、各アクチュエータ収納室１０３内に
は電圧印加により収縮する高分子ゲルのケモメカニカル
物質から成るアクチュエータ１０５が設けられ、このア
クチュエータ１０５の両端にはそれぞれ電圧印加電極１
０６ａ，１０６ｂが配設されている。なお、各アクチュ
エータ収納室１０３内のアクチュエータ１０５の電圧印
加電極１０６ａ，１０６ｂには図示しない手元側制御部
の操作で選択的に電圧が印加されるようになっている。

【００６９】また、各連通孔１０４の上部、すなわち可
撓管１０１の外周面上には多孔質膜，金属メッシュ，高
分子メッシュ，不織布等のカバー部材１０７が装着され
ている。そして、このカバー部材１０７を通してアクチ
ュエータ１０５への電解質溶液の出入り、或いは電極１
０６ａ，１０６ｂから発生したガスを可撓管１０１の外
部へ排出可能としてある。

【００７０】次に、上記構成の作用について説明する。
まず、全てのアクチュエータ収納室１０３内のアクチュ
エータ１０５が非通電状態で保持されている場合には各
アクチュエータ１０５は所定長さの初期形状で保持され
る。そして、この状態では可撓管１０１の湾曲部１０２
は略直線状の初期形状で保持される。

【００７１】また、いずれかのアクチュエータ収納室１
０３内のアクチュエータ１０５に可撓管１０１の手元側
から電圧を印加した場合には電圧が印加されたアクチュ
エータ１０５のケモメカニカル物質は内部に含んだ電解
溶液を排出して軸方向に収縮する。

【００７２】このとき排出された電解溶液、及び電極１
０６ａ，１０６ｂから発生したガスは連通孔１０４およ
びカバー部材１０７を通して可撓管１０１の外部へ排出
される。そして、可撓管１０１の湾曲部１０２はアクチ
ュエータ１０５の変形動作にともない図９に示すように
多段階湾曲される。

【００７３】また、可撓管１０１を直線状の初期形状に
戻す場合には手元側制御部を操作して電圧印加を停止す
るか、正負逆の電圧を印加すれば良い。このとき、可撓
管１０１の外部の溶液（体液等）がカバー部材１０７お
よび連通孔１０４を通してアクチュエータ収納室１０３
内に浸入し、アクチュエータ１０５のケモメカニカル物
質は膨潤状態となる。

【００７４】したがって、この場合も可撓管１０１の使
用時にはこの可撓管１０１を生体の消化管、血管等の管
腔臓器に挿入し、湾曲させる必要が生じた際に図示しな
い手元側制御部を操作してアクチュエータ１０５のケモ
メカニカル物質に電圧を印加することにより、可撓管１
０１の湾曲部１０２を湾曲させることができる。

【００７５】さらに、この場合にはアクチュエータ収納
室１０３に可撓管１０１の外部に連通させた連通孔１０
４を形成し、この連通孔１０４の上部に多孔質膜，金属
メッシュ，高分子メッシュ，不織布等のカバー部材１０
７を装着したので、アクチュエータ収納室１０３内のア
クチュエータ１０５のケモメカニカル物質への電解溶液
の出入りを可撓管１０１の内外で行なうことができ、駆
動効率が向上する。また、アクチュエータ１０５の電極
１０６ａ，１０６ｂから発生したガスを効率よく外部へ
排出できる。

【００７６】図１４（Ａ），（Ｂ）は図１４（Ａ）に示
すようにカテーテル等の可撓管１１１の先端部側に配設
された湾曲部１１２の第４の変形例を示すものである。
この場合、可撓管１１１の湾曲部１１２の管壁片側には
図１４（Ａ）に示すように略円弧形状の曲がりぐせの付
いたワイヤ、板等から成るばね部材１１３が埋設されて
いる。

【００７７】また、可撓管１１１の管壁の他方側（略１
８０°の位置）には電圧印加により収縮するケモメカニ
カル物質からなるワイヤ状のアクチュエータ１１４が埋
設されている。このアクチュエータ１１４の両端には電
圧印加電極１１５ａ，１１５ｂが配設されている。これ
らの電圧印加電極１１５ａ，１１５ｂはリード線１１６
を介して手元側操作部に設けた電源１１７、スイッチ１
１８に接続されている。

【００７８】そして、スイッチ１１８が図１４（Ａ）に
示すようにオフ状態で保持されている場合には可撓管１
１１の湾曲部１１２はばね部材１１３のばね力によって
略円弧形状に一方に湾曲された初期の湾曲形状で保持さ
れている。

【００７９】また、カテーテル等の可撓管１１１の使用
時にはスイッチ１１８をオン操作して電源１１７の電圧
をアクチュエータ１１４のケモメカニカル物質に印加す
る。この場合にはアクチュエータ１１４のケモメカニカ
ル物質は収縮してばね部材１１３に打ち勝つ力を発生
し、これにより可撓管１１１の湾曲部１１２は図１４
（Ａ）中で点線に示すように直立する。そのため、この
状態で可撓管１１１が人体の消化管、血管等の管腔臓器
内に挿入される。

【００８０】さらに、可撓管１１１を患部に近づける
為、湾曲させる必要が生じた場合には湾曲部１１２を直
立させた際の印加電圧より高い電圧をアクチュエータ１
１４のケモメカニカル物質に印加する。

【００８１】この場合にはアクチュエータ１１４のケモ
メカニカル物質はさらに大きく収縮し、大きな発生力を
出すので、可撓管１１１の湾曲部１１２は図１４（Ｂ）
に示すように初期の湾曲形状とは逆方向に湾曲操作され
る。このとき、可撓管１１１の湾曲部１１２を逆側に湾
曲させたい場合にはスイッチ１１８をオフ操作し、アク
チュエータ１１４のケモメカニカル物質への電圧印加を
停止することにより、可撓管１１１の湾曲部１１２はば
ね部材１１３のばね力によって初期の湾曲形状に復帰さ
れる。

【００８２】そこで、上記構成のものにあっては略円弧
形状の曲がりぐせの付いたワイヤ、板等から成るばね部
材１１３を可撓管１１１内に埋設しているので、１つの
ケモメカニカルアクチュエータ１１４で可撓管１１１の
湾曲部１１２を２方向に湾曲させることができ、構成の
簡略化、細径化が実現できる。

【００８３】図１５（Ａ），（Ｂ）は図１５（Ａ）に示
すようにカテーテル等の可撓管１２１の先端部側に配設
された湾曲部１２２の第５の変形例を示すものである。
これは、可撓管１２１の湾曲部１２２に直列に連結され
た４つの局部湾曲要素１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，
１２３ｄを設けたものである。

【００８４】この場合、湾曲部１２２の最先端の局部湾
曲要素１２３ａには可撓管１２１の管壁内に２組のケモ
メカニカル物質からなるワイヤ状のアクチュエータ１２
４が周方向に１８０°の位置に埋設されている。

【００８５】さらに、最先端の局部湾曲要素１２３ａに
連結された後方の３つの局部湾曲要素１２３ｂ，１２３
ｃ，１２３ｄには図１４（Ａ），（Ｂ）の湾曲部１１２
と同様に可撓管１２１の湾曲部１２２の管壁片側に略円
弧形状の曲がりぐせの付いたワイヤ、板等から成るばね
部材１２５がそれぞれ埋設され、可撓管１２１の管壁の
他方側（略１８０°の位置）に電圧印加により収縮する
ケモメカニカル物質からなるワイヤ状のアクチュエータ
１２６がそれぞれ埋設されている。

【００８６】そして、最先端の局部湾曲要素１２３ａの
アクチュエータ１２４および後方の３つの局部湾曲要素
１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄの各アクチュエータ１２
６のケモメカニカル物質は図示しない手元側操作部によ
り電源電圧を可変して選択的に印加可能になっている。

【００８７】なお、可撓管１２１の湾曲部１２２は後方
の３つの局部湾曲要素１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄの
部分の各アクチュエータ１２６が電圧印加されていない
場合にはばね部材１２５のばね力によって図１５（Ａ）
に示す通り円弧状に丸まった湾曲形状で保持されてい
る。

【００８８】そこで、上記構成のものにあっては図１４
（Ａ），（Ｂ）の変形例と同様の効果を得ることができ
る他、多関節湾曲が実現できる。さらに、この変形例で
は最先端の局部湾曲要素１２３ａにのみ可撓管１２１の
管壁内に２組のケモメカニカル物質からなるワイヤ状の
アクチュエータ１２４を埋設したので、可撓管１２１の
先端部を目的部位に接近させる作業の作業性を高めるこ
とができる。

【００８９】図１６（Ａ）は多関節構造の一対の操作ア
ーム１３１を備えたマイクロロボット１３２を示すもの
である。このマイクロロボット１３２のケース１３３の
内部には図１６（Ａ）に示すように電源１３４，体外か
らの信号を受信する受信部１３５，体外へ信号を送る送
信部１３６，及び制御部１３７がそれぞれ接続して設け
られている。

【００９０】また、制御部１３７には体内で観察を行な
うためのＣＣＤ（固体撮像素子）から成る観察部１３
８，及びＬＥＤ（発光ダイオード）から成る照明部１３
９がそれぞれ接続されている。

【００９１】さらに、マイクロロボット１３２のケース
１３３には両側に出入口１４０が形成されている。この
出入口１４０はケース１３３内の操作アーム１３１の収
納室に連通されている。そして、収納室内に収納された
多関節構造の操作アーム１３１はこの出入口１４０から
ケース１３３の外部に出入可能になっている。

【００９２】また、多関節構造の操作アーム１３１は図
１５（Ａ），（Ｂ）の可撓管１２１によって形成されて
いる。この操作アーム１３１の最先端の局部湾曲要素１
２３ａのアクチュエータ１２４および後方の３つの局部
湾曲要素１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄの各アクチュエ
ータ１２６はそれぞれ制御部１３７に接続され、この制
御部１３７からの指令によって電源電圧を可変して選択
的に印加可能になっている。

【００９３】そして、操作アーム１３１は後方の３つの
局部湾曲要素１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄの部分のば
ね部材１２５のばね力によって図１５（Ａ）に示す通り
円弧状に丸まった湾曲形状でケース１３３内の操作アー
ム１３１の収納室の内部に格納されている。

【００９４】さらに、操作アーム１３１の最先端の局部
湾曲要素１２３ａには体内で各種処理を行なうためのグ
リッパ１４１が設けられている。このグリッパ１４１は
制御部１３７に接続され、この制御部１３７からの指令
によって動作が制御されるようになっている。

【００９５】また、マイクロロボット１３２の使用時に
は患者の体内の患部１４２の近傍にマイクロロボット１
３２を導入したのち、観察部１３８より観察を行なう。
観察された映像は送信部１３６から送信され、体外にて
モニターされる。そして、患部１４２を治療する為に体
外から信号を受信部１３５へ送り、操作アーム１３１を
駆動させる。

【００９６】すなわち、操作アーム１３１は体外からの
信号によって図１６（Ａ）の丸まった湾曲形状からケー
ス１３３の出入口１４０を介して外部側に突出され、図
１６（Ｂ）に示すように伸長された状態に変形操作され
る。続いて、体外から信号を送り、グリッパ１４１を駆
動させて患部１４２を治療する。

【００９７】また、治療が終了したら、再度体外から信
号を送り、操作アーム１３１を図１６（Ａ）の丸まった
湾曲形状に変形させ、ケース１３３内の操作アーム１３
１の収納室の内部に格納させる。

【００９８】そこで、上記構成のものにあっては処理を
行う時のみマイクロロボット１３２の操作アーム１３１
を伸長し、通常はケース１３３内の操作アーム１３１の
収納室の内部に格納させることができるので、マイクロ
ロボット１３２の操作アーム１３１による処理が行なわ
れていない場合にマイクロロボット１３２の操作アーム
１３１が邪魔になるおそれがない。なお、本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。

【００９９】

【発明の効果】本発明によればケモメカニカル材料がシ
ート状に成形されたケモメカニカルシートを設け、この
ケモメカニカルシートに電圧印加電極が装着された膜型
アクチュエータ構成要素を形成するとともに、膜型アク
チュエータ構成要素を巻回して巻回構造体を形成し、こ
の巻回構造体によって湾曲部を湾曲操作する湾曲操作手
段を設けたので、湾曲部内に高充填率で充填させ、電圧
印加駆動型のケモメカニカル材料を利用したアクチュエ
ータによる湾曲力量・応答性を向上でき、かつ電圧印加
駆動時のガス発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例のアクチュエータの膜
型アクチュエータ構成要素を示す斜視図。

【図２】 アクチュエータの巻回構造体を示すもので、
（Ａ）は非電圧印加状態の巻回構造体の斜視図、（Ｂ）
は電圧印加状態の巻回構造体の斜視図。

【図３】 可撓管の湾曲部を示すもので、（Ａ）は非湾
曲状態の湾曲部を示す斜視図、（Ｂ）は湾曲状態の湾曲
部を示す斜視図。

【図４】 本発明の第２の実施例の可撓管の湾曲部を示
す横断面図。

【図５】 本発明の第３の実施例における内視鏡の挿入
部の湾曲部を示す横断面図。

【図６】 内視鏡の湾曲状態の湾曲部を示す斜視図。

【図７】 湾曲部の第１の変形例を示す断面斜視図。

【図８】 アクチュエータを示すもので、（Ａ）は非電
圧印加状態のアクチュエータを示す斜視図、（Ｂ）は電
圧印加状態のアクチュエータを示す斜視図。

【図９】 可撓管の多段型の湾曲部を示す斜視図。

【図１０】 湾曲部の第２の変形例を示すもので、
（Ａ）は要部の概略構成図、（Ｂ）は非電圧印加状態の
アクチュエータを示す斜視図、（Ｃ）は電圧印加状態の
アクチュエータを示す斜視図。

【図１１】 アクチュエータの変形例を示すもので、
（Ａ）は非電圧印加状態のアクチュエータを示す斜視
図、（Ｂ）は電圧印加状態のアクチュエータを示す斜視
図。

【図１２】 アクチュエータの他の変形例を示すもの
で、（Ａ）は非電圧印加状態のアクチュエータを示す斜
視図、（Ｂ）は電圧印加状態のアクチュエータを示す斜
視図。

【図１３】 湾曲部の第３の変形例を示すもので、
（Ａ）は湾曲部の要部の概略構成図、（Ｂ）は湾曲部の
横断面図。

【図１４】 湾曲部の第４の変形例を示すもので、
（Ａ）は非電圧印加状態のアクチュエータを示す斜視
図、（Ｂ）は電圧印加状態のアクチュエータを示す斜視
図。

【図１５】 湾曲部の第５の変形例を示すもので、
（Ａ）は非電圧印加状態のアクチュエータを示す斜視
図、（Ｂ）はアクチュエータへの電圧印加時の湾曲部の
変形状態のを示す側面図。

【図１６】 多関節構造のマイクロロボットを示すもの
で、（Ａ）はマイクロロボットの内部の概略構成図、
（Ｂ）はマイクロロボットの使用状態を示す斜視図。

【符号の説明】

１…可撓管、２…湾曲部、５，６，２１，２２，２３，
３３，３４，３５…アクチュエータ（湾曲操作手段）、
７…膜型アクチュエータ構成要素、８…ケモメカニカル
シート、９ａ，９ｂ…くし形電極（電圧印加電極）、１
４…巻回構造体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳沢 一向 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 内山 秀紀 東京都渋谷区幡ヶ谷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】 可撓管の湾曲部の湾曲操作用のアクチュ
   エータとしてケモメカニカル材料を用いた可撓管の湾曲
   機構において、前記ケモメカニカル材料がシート状に成
   形されたケモメカニカルシートを設け、このケモメカニ
   カルシートに電圧印加電極が装着された膜型アクチュエ
   ータ構成要素を形成するとともに、前記膜型アクチュエ
   ータ構成要素を巻回して巻回構造体を形成し、この巻回
   構造体によって前記湾曲部を湾曲操作する湾曲操作手段
   を設けたことを特徴とする可撓管の湾曲機構。