JPH06296577A

JPH06296577A - 熱膨張型アクチュエータ及び医療用挿入具

Info

Publication number: JPH06296577A
Application number: JP5347196A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Tsuchiya; 喜一土屋; Nobuyuki Kabei; 信之壁井; Hitoshi Mizuno; 均水野; Akihiro Horii; 章弘堀井
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-02-19
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1994-10-25

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な機構によって大きな駆動力を発生できる
熱膨張型アクチュエータを提供するとともに、挿入具本
体が長尺であっても前記熱膨張型アクチュエータの大き
な駆動力によって被駆動部を容易かつ確実に駆動させる
ことができる医療用挿入具の提供を目的としている。【構成】可逆的に熱膨張収縮自在な圧力作動材料２と、
圧力作動材料２を収容し圧力作動材料２の膨張収縮によ
って変形可能な多層構造の容器４と、圧力作動材料２を
加熱・冷却する手段６と、圧力作動材料２を加熱または
冷却したときの容器４の断面積の変化をアクチュエータ
１の動作に変換する手段とによって熱膨張型アクチュエ
ータ１を構成したものである。また、医療用挿入具１０
の挿入具本体１２に熱膨張型アクチュエータ１を配置
し、熱膨張型アクチュエータ１の動作によって挿入具本
体１２の被駆動部１４を駆動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、熱膨張収縮自在な圧力
作動材料を用いて大きな駆動力を得る熱膨張型アクチュ
エータ、及びこのアクチュエータを用いて駆動する医療
用挿入具に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば生体内に挿入されて様々な
作業や処置を行なう内視鏡や処置具等の医療用挿入具が
知られている。これらの医療用挿入具は体内に挿入され
る挿入具本体を有し、挿入具本体に設けられた被駆動部
を駆動することにより所望の動作を行なうことができ
る。例えば、内視鏡にあっては、挿入部（挿入具本体）
に設けられた被駆動部である湾曲管部を湾曲させること
によってその挿入方向や観察方向を変えたりする。ま
た、処置具としての把持鉗子にあっては、挿入具本体の
先端に設けられた被駆動部である把持部を開閉駆動させ
ることによって組織等の把持回収を行なう。

【０００３】前記被駆動部を駆動させる駆動機構は従来
から様々なものがある。例えば、前記内視鏡の挿入部に
おける湾曲管部は、実開昭61-188701 号公報に示される
ように、挿入部の長手軸方向に沿って複数の湾曲駒を直
列に配設し、隣接する各湾曲駒同士を回動自在に連結し
てなる。この湾曲駒列の内側には、一端が前記挿入部の
先端構成部に固定され他端が挿入部内を通って手元側操
作部まで延設される湾曲操作ワイヤを挿通してある。ま
た、前記操作ワイヤは、一端が湾曲駒列の前端に固定さ
れ他端が操作部まで延設されたガイド用コイルの内部を
通じて案内される。そして、この操作ワイヤを内視鏡の
操作部において牽引することにより湾曲管部がその牽引
する側へ向けて湾曲する。なお、この湾曲操作時におい
て、前記ガイド用コイルは、挿入部に加わる圧縮力を抑
え、操作部で加えた力を直接に湾曲管部で働かせる役割
を果たしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の内視鏡においては、挿入部が長尺になればな
るほど、操作ワイヤとこれを案内するガイド用コイル
も、その分、長尺化する。しかし、操作ワイヤとガイド
用コイルが長尺化すると、両者間の摩擦力が増大して操
作ワイヤを牽引する手元側の操作力が先端側の湾曲管部
に伝わりにくくなるため、湾曲駆動力が小さくなり、湾
曲操作を円滑に行なうことが困難となる。

【０００５】また、前記処置具においても、挿入具本体
の先端に設けられた把持部の開閉動作は操作ワイヤの牽
引操作などによって行なわれており、この場合も、挿入
具本体が長尺になればなるほど、前記内視鏡と同様の問
題が生じる。

【０００６】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、簡単な機構によって
大きな駆動力を発生できる熱膨張型アクチュエータを提
供するとともに、挿入具本体が長尺であっても前記熱膨
張型アクチュエータの大きな駆動力によって被駆動部を
容易かつ確実に駆動させることができる医療用挿入具を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、可逆的に熱膨張収縮自在な圧力作動材料
と、この圧力作動材料を収容し圧力作動材料の膨張収縮
によって変形可能な多層構造の容器と、前記圧力作動材
料を加熱・冷却する手段と、前記圧力作動材料を加熱ま
たは冷却したときの容器の断面積の変化をアクチュエー
タの動作に変換する手段とによって熱膨張型アクチュエ
ータを構成したものである。

【０００８】また、医療用挿入具の挿入具本体に前記熱
膨張型アクチュエータを配置し、熱膨張型アクチュエー
タの動作によって前記挿入具本体の被駆動部を駆動させ
るようにしたものである。

【０００９】

【作用】上記構成の熱膨張型アクチュエータでは、圧力
作動材料を加熱または冷却したときの容器の断面積の変
化が、容器の多層構造によって、アクチュエータの動作
に有効に変換される。したがって、大きな変位量と駆動
力とを得ることができる。また、前記熱膨張型アクチュ
エータの大きな駆動力によって直接に駆動される医療用
挿入具の被駆動部には所望の駆動量が与えられる。

【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の（ａ）（ｂ）は本発明の第１の実施例に
係る熱膨張型アクチュエータ１を示している。図示のよ
うに、熱膨張型アクチュエータ１は、弾性体からなる中
空パイプ４ａをコイル状に密着巻回して形成した多層構
造の容器４（以下、コイル体４という。）の内部に圧力
作動材料２を充填することにより構成されている。

【００１１】ここで、圧力作動材料２は加熱・冷却する
ことによって膨張収縮する可逆性のものであり、例え
ば、フッ化水素（フレオンガス）、炭化フッ素、アルコ
ール、パラフィン、ゴム等のように比較的低温度での熱
膨張係数の大きいものである。

【００１２】また、コイル体４は、コイル体４の内圧が
上昇した際にその径方向には膨らまず長さ方向（図１の
（ｂ）において矢印で示す。）のみに伸展する伸展方向
性を有している。この伸展方向性を与えるには、例えば
コイル体４の径方向に位置する中空パイプ４ａの内面に
繊維を配置すれば良い。また、コイル体４を形成する中
空パイプ４ａの断面形状は図１の（ａ）に示すように楕
円形となっている。そして、コイル体４はその中空パイ
プ４ａの楕円の短径を長さ方向に積み重ねることによっ
て形成されている。

【００１３】コイル体４の周囲には圧力作動材料２を加
熱するための熱交換器６がコイル体４に沿って設置され
ている。この熱交換器６としては、例えば、電源９から
リード線８を介して通電されることにより発熱するニク
ロム線が用いられる。あるいは、温熱源と冷熱源とに接
続されて任意に温度を調節できる熱伝導体であっても良
い。また、圧力作動材料２の冷却は、コイル体４の中央
の空間７（図１の（ｃ）参照）に冷却水を流すことによ
り行なう。

【００１４】次に上記構成の熱膨張型アクチュエータ１
の動作について説明する。まず、熱交換器６が発熱せ
ず、圧力作動材料２が冷えた低温状態にあるときには、
図１の（ａ）で示すように、圧力作動材料２は収縮した
状態にあり、コイル体４を形成する中空パイプ４ａの断
面は楕円形に保持されている。したがって、コイル体４
はそれ自身の持つばね力によって収縮した自然の長さを
保持している。

【００１５】この収縮状態から熱交換器６を発熱させる
と、圧力作動材料２は加熱されて膨脹する。この圧力作
動材料２の膨脹に伴って、コイル体４を形成する中空パ
イプ４ａの断面形状は、中空パイプ４ａが有する前述し
た伸展方向性によって、楕円から徐々に真円に変化す
る。これによって、中空パイプ４ａの断面の楕円の短径
が伸び、互いに隣接する中空パイプ４ａ同志がコイル体
４の長さ方向に押し合う状態となる。その結果、図１の
（ｂ）に示すように、コイル体４はその長さ方向に伸展
する。

【００１６】次に、この状態から熱交換器６の発熱を止
めて圧力作動材料２を低温状態にすると、圧力作動材料
２が収縮し、中空パイプ４ａはそれ自信が持つ弾性力に
よってその断面が元の楕円形状に復元する。そして、中
空パイプ４ａの断面が楕円形状に戻ることによってコイ
ル体４は図１の（ａ）に示す元の自然長に収縮する。

【００１７】以上説明したように、上記構成の熱膨張型
アクチュエータ１は、圧力作動材料２を収容するコイル
体４を多層構造にすることによって、圧力作動材料２を
加熱または冷却したときのコイル体４の断面積の変化を
アクチュエータ１の動作に有効に変換できるため、つま
り、圧力作動材料２の膨張に伴う圧力をコイル体４の伸
長方向に有効に作用させることができるため、大きな伸
長量と発生力とを得ることができる。なお、中空パイプ
４ａの楕円の長径をコイル体４の長さ方向に積み重ねた
場合には、圧力作動材料２を加熱することによってコイ
ル体４が長さ方向に収縮する。

【００１８】図１の（ｃ）は、上記構成の熱膨張型アク
チュエータ１を医療用挿入具としての内視鏡１０の挿入
部１２に配置し、熱膨張型アクチュエータ１の前述した
動作によって挿入部１２の被駆動部としての湾曲部１４
を湾曲させるための構成を示すものである。

【００１９】挿入部１２における湾曲部１４内には、複
数、ここでは３つの熱膨張型アクチュエータ１が挿入部
１２の中心軸の回りに等角間隔で、ライトガイドファイ
バ１１よりも外周辺に位置して配置されている。また、
各熱膨張型アクチュエータ１はその長手方向が挿入部１
２の中心軸に平行になるように配置されている。

【００２０】図２に示すように、挿入部１２の基端には
手元部１６が設けられており、この手元部１６に設けた
接眼部１８にはＴＶカメラヘッド２０が装着されてい
る。ＴＶカメラヘッド２０は、信号ケーブル２２を介し
てカメラコントロールユニット２４に接続されている。
カメラコントロールユニット２４にはテレビモニタ２５
が接続されている。

【００２１】内視鏡１０の手元部１６からはユニバーサ
ルコード２３が導出されており、このユニバーサルコー
ド２３はその先端に設けたコネクタ２６によって照明用
光源装置２９に接続されている。コネクタ２６からはケ
ーブル２７が導出しており、このケーブル２７を通じて
電源ユニット２８と湾曲操作装置３１が接続されてい
る。湾曲操作装置３１には操作レバー３０が設けられて
おり、この操作レバー３０を操作することにより、挿入
部１２における湾曲部１４の湾曲方向を選択することが
できる。

【００２２】また、図１の（ｃ）に示すように、挿入部
１２の先端には対物レンズ１３が設けられている。これ
は挿入部１２から手元部１６にわたり配設されたイメー
ジガイドファイバの先端に対して光学的に連結してい
る。対物レンズ１３の周囲にはライトガイドファイバ１
１の先端がリング状に配置されている。ライトガイドフ
ァイバ１１は前記イメージガイドファイバの周囲に同心
的に配置され、さらに挿入部１２、手元部１６及びユニ
バーサルコード２３を通じてコネクタ２６まで導かれて
おり、そのコネクタ２６を介して照明用光源２９に接続
される。

【００２３】上記構成の内視鏡１０では、湾曲部１４を
湾曲させたい方向に湾曲操作装置３１の操作レバー３０
をシフトすると、そのシフト方向に応じて、ライトガイ
ドファイバ１１の外周上に配置された熱膨張型アクチュ
エータ１のいずれか１つ、または２つが熱交換器６によ
り高温の状態になり、高温状態の熱膨張型アクチュエー
タ１が前述した原理にしたがって挿入部１２の軸方向に
伸長する。その結果、熱膨張型アクチュエータ１が伸長
した側の湾曲部１４の部位が応力を受け、伸長する熱膨
張型アクチュエータ１が位置する側と反対の側に向けて
湾曲部１４全体が湾曲する。

【００２４】このように、駆動力の大きい熱膨張型アク
チュエータ１を内視鏡１０の湾曲部１４に直接に配置し
たことによって、挿入部１２が長尺であっても、湾曲部
１４は熱膨張型アクチュエータ１の大きな駆動力によっ
て容易かつ確実に駆動される。

【００２５】図３の熱膨張型アクチュエータ４０は、図
１に示す熱膨張型アクチュエータ１の変形例を示すもの
である。この熱膨張型アクチュエータ４０も、弾性体か
らなるドーナツ状の中空パイプ４２ａを多数個積層した
多層構造の積層体４２の内部に圧力作動材料２を充填す
ることにより構成されている。

【００２６】また、積層体４２は、積層体４２の内圧が
上昇した際にその径方向には膨らまず長さ方向（図１の
（ｂ）において矢印で示す。）のみに伸展する伸展方向
性を有している。積層体４２を形成する中空パイプ４２
ａの断面形状は積層体４２の径方向に細長い六角形にな
っている。なお、それ以外の構成は図示しないが図１に
示す熱膨張型アクチュエータ１と同一である。

【００２７】この構成では、熱交換器６を発熱させて圧
力作動材料２を膨脹させると、積層体４２を形成する中
空パイプ４２ａの断面形状が正六角形に変化し、図３の
（ｂ）に示すように、積層体４２がその長さ方向に伸展
する。

【００２８】図４は、長手軸方向に沿って回動自在に連
結された複数の湾曲駒４５によって湾曲部１４が構成さ
れた内視鏡５０を示しており、図１の熱膨張型アクチュ
エータ１を湾曲部１４の各湾曲駒４５の間に配設し、熱
膨張型アクチュエータ１を伸縮させることによって湾曲
駒４５の方向を変えて湾曲部１４を湾曲させようとする
ものである。このような構成でも図１の（ｃ）の内視鏡
１０と同様な作用効果を得ることができる。

【００２９】図５は、図１の熱膨張型アクチュエータ１
を把持鉗子５５の把持部５６の開閉駆動機構に利用した
ものである。把持鉗子５５は、シース５７の先端部に鉗
子本体６０を配設した構成となっており、鉗子本体６０
はその先端に一対の把持カップ５９，５９からなる把持
部５６を有している。

【００３０】把持カップ５９，５９はこれを保持する基
端側のホルダー部６１，６１同志が支軸６２を介して互
いに回動自在に連結されている。ホルダー部６１，６１
の基端にはそれぞれリンク６３，６３の先端が可動ピン
６５，６５を介して枢着されており、これらリンク６
３，６３の基端は操作棒６７の先端に別の可動ピン６９
によって枢着されている。

【００３１】また、シース５７の先端部内には熱膨張型
アクチュエータ１がその先端をシース５７に固定した状
態で配設されている。つまり、熱膨張型アクチュエータ
１は、シース５７の基端側に向けて伸長可能な状態にあ
る。また、この熱膨張型アクチュエータ１の基端には操
作棒６７の基端に設けられた接続板７０が接続固定され
ている。

【００３２】つまり、この把持鉗子５５は、各把持カッ
プ５９，５９のホルダー部６１，６１およびリンク６
３，６３によってパンタグラフ機構を構成し、熱膨張型
アクチュエータ１の伸縮動作によって操作棒６７を押し
引き操作することで、把持カップ５９，５９を支軸６２
を中心に回動させて把持部５６を開閉できる。なお、図
５の（ａ）は把持部５６の開状態を、図５の（ｂ）は把
持部５６の閉状態をそれぞれ示している。

【００３３】図６は、本発明の第２の実施例を示す熱膨
張型アクチュエータ８０を示している。この熱膨張型ア
クチュエータ８０は、中空パイプをＳ字状に折り重ねる
ように曲げて複数の湾曲部８１ａを設けることにより形
成された多層構造の容器８１の内部に熱膨張収縮自在な
圧力作動材料２を充填して構成されている。また、容器
８１の内部には圧力作動材料２を加熱する熱交換器２４
が容器８１の全長にわたって設置されている。

【００３４】また、このＳ字状の容器８１は、各湾曲部
８１ａの断面の内側が偏平になっている。図中、８５は
矢印ＡーＡ方向から見た湾曲部８１ａの断面を示し、８
６は矢印ＢーＢ方向から見た湾曲部８１ａの断面を示し
ている。

【００３５】ここで、熱交換器８３が発熱せず、圧力作
動材料２が低温の状態にあるときには、図６の（ａ）に
示すように、圧力作動材料２は収縮した状態にあり、容
器８１はそれ自身のばね力により収縮した自然の状態に
ある。また、熱交換器８３を発熱させると、圧力作動材
料２が加熱されて膨張し、図６の（ｂ）に示すように、
各湾曲部８１ａの断面に見られた偏平な形状が真円に近
付くように膨らむ。これによって、湾曲部８１ａの曲率
半径が増大し、容器８１が図６の（ｂ）に示すように伸
展する。なお、このときの湾曲部８１ａの断面が８７，
８８で示されている（図中、８７は矢印ＣーＣ方向から
見た湾曲部８１ａの断面を示し、８８は矢印ＤーＤ方向
から見た湾曲部８１ａの断面を示している。）。

【００３６】また、再び熱交換器８３の発熱を停止して
圧力作動材料２を低温の状態に戻すと、圧力作動材料２
が収縮し、容器８１は図６の（ａ）に示すように元の収
縮状態に戻る。

【００３７】図７は、本発明の第３の実施例の熱膨張型
アクチュエータ９０を示している。この熱膨張型アクチ
ュエータ９０は、圧力作動材料を密閉充填するチューブ
９２を螺旋状に成形したものを２つ組み合わせて構成さ
れており、アクチュエータ９０の上部には錘９１が設置
されている。また、チューブ９２の内部には圧力作動材
料を加熱する図示しない熱交換器がチューブ９２の全長
にわたって設置されている。

【００３８】この構成では、前記熱交換器が発熱せず、
圧力作動材料が低温の状態にあるときには、図７の
（ａ）に示すように、圧力作動材料は収縮した状態にあ
り、チューブ９２は重りの荷重により収縮した自然の状
態にある。また、熱交換器を発熱させると、圧力作動材
料が加熱されて膨張し、図７の（ｂ）に示すように、チ
ューブ９２は図６の熱膨張型アクチュエータ８０と同様
の原理によってその湾曲部９２ａの曲率半径が増大して
伸長する。

【００３９】また、再び熱交換器の発熱を停止して圧力
作動材料を低温の状態に戻すと、圧力作動材料が収縮
し、チューブ９２は図７の（ａ）に示すように元の収縮
状態に戻る。

【００４０】図８は、内視鏡１０の挿入部１２の硬度を
熱膨張型アクチュエータ１００によって制御する実施例
を示している。熱膨張型アクチュエータ１００は中空パ
イプ１０１ａをコイル状に密着巻回して形成した多層構
造のコイル体１００の内部に圧力作動材料２を充填する
ことにより構成されており、中空パイプ１０１ａの内部
には圧力作動材料を加熱する熱交換器１０３が中空パイ
プ１０１ａの全長にわたって設置されている。なお、そ
の他、断面形状（楕円）や伸展方向性等の諸構成は図１
の熱膨張型アクチュエータ１と同一である。また、内視
鏡１０の挿入部１２の内部には、イメージガイドファイ
バ１０４、ライトガイドファイバ１０５、チャンネル１
０６が設けられている。

【００４１】この構成では、熱交換器１０３によって圧
力作動材料２が加熱されて膨張すると、中空パイプの１
０１ａの断面は真円に近付くように膨らみ、その結果、
内視鏡１０の挿入部１２は硬くなる。また、熱交換器１
０３により圧力作動材料２が冷却されて収縮すると中空
パイプ１０１ａはそれ自身の持つ弾性力により元の楕円
状になる。その結果、内視鏡１０の挿入部１２は軟らか
くなる。このように、内視鏡１０の挿入部１２の硬度を
制御することにより、内視鏡１０の挿入を容易にするこ
とが可能となる。

【００４２】図９の熱膨張型アクチュエータ１１０は、
図６で示した熱膨張型アクチュエータ８０と同様の構造
をなすＳ字形状のアクチュエータであり、熱交換器８３
を発熱させて圧力作動材料２を加熱・膨張させると、ア
クチュエータ８０と同様の原理によって図９の（ｂ）に
示すように直線状に伸長する。なお、図９の（ａ）中、
１１２は矢印ＥーＥ方向から見た湾曲部８１ａの断面を
示し、１１３は矢印ＦーＦ方向から見た湾曲部８１ａの
断面を示している。

【００４３】図１０は、図９の熱膨張型アクチュエータ
１１０によって管路１２０内を前後に移動できるアクチ
ュエータ１３０を示している。このアクチュエータ１３
０は、支持体１３１と、支持体１３１の周囲に一定の取
り付け角度で設置された多数の熱膨張型アクチュエータ
１１０…とによって構成されている。多数の熱膨張型ア
クチュエータ１１０…は、支持体１３１の略中央部を堺
にして２つの駆動群１２５，１２６に分けられている。
また、第１の駆動群１２５における熱膨張型アクチュエ
ータ１１０…と第２の駆動群１２６における熱膨張型ア
クチュエータ１１０…は、図１０の（ａ）に示すよう
に、互いに面対称に配置されている。

【００４４】このような構成のアクチュエータ１３０
は、例えば図１０の（ｂ）に示すように第１の駆動群１
２５の熱膨張型アクチュエータ１１０…を伸長させる
と、伸長した熱膨張型アクチュエータ１１０が管路１２
０の内面１２０ａを斜め方向に蹴るようにして支持体１
３１を第２の駆動群１２６側（図中右方向）へ移動させ
る。同様に、第２の駆動群１２６の熱膨張型アクチュエ
ータ１１０…を伸長させれば支持体１３１を第１の駆動
群１２５側（図中左方向）へ移動させることができる。
なお、支持体１３１の両端に一時的な固定機構を設ける
ことで、インチワーム動作を行なわせることもできる。

【００４５】図１１は、ヘッド部１５０とシリンダ部１
４５とからなる往復運動機構を備えた熱膨張型アクチュ
エータ１４０を示している。シリンダ部１４５は中空パ
イプ１４６からなり、中空パイプ１４６は先端の第１の
閉塞部材１５７と基端の第２の閉塞部材１５８とによっ
てその内部が密閉されている。第１の閉塞部材１５７は
ヘッド部１５０のシャフト１４８を進退自在に挿通する
ための内孔１５７ａを有している。また、第１の閉塞部
材１５７の基端には蛇腹状に形成された略円筒状のベロ
ーズ１４７が接着固定されている。ベローズ１４７の基
端部には第１の閉塞部材１５７の内孔１５７ａとベロー
ズ１４７の内孔とを挿通されたシャフト１４８の基端部
を接続固定するための接続部材１５９が設けられてい
る。そして、中空パイプ１４６と閉塞部材１５７，１５
８とベローズ１４７とによって形成されたシリンダ部１
４５の内部には圧力作動材料２が充填されている。ま
た、シリンダ部１４５は温度調整された水に囲まれてお
り、周囲の水を加熱・冷却することにより、間接的に内
部に充填された圧力作動材料２を加熱・冷却することが
可能である。

【００４６】この構成では、圧力作動材料２を加熱する
ことにより膨張させると、べローズ１４７が収縮するた
め、べローズ１４７の端部に結合されたシャフト１４８
をシリンダ１４５の前方に押し出して、ヘッド部１５０
を前方に駆動させることができる（図１１の（ａ）参
照）。また、圧力作動材料２を冷却することにより収縮
させると、べローズ１４７は、自らのばね力と圧力作動
材料２が収縮する際の負圧とによって伸展する。これに
よって、シャフト１４８がシリンダ１４５内に引き込ま
れてヘッド部１５０が後方に退避される。

【００４７】図１２に示す熱膨脹型アクチュエータ１６
０も、ヘッド部１５０とシリンダ部１４５とからなる往
復運動機構を備えている。シリンダ部１４５は中空パイ
プ１４６からなり、中空パイプ１４６は先端に固定され
た第１の閉塞部材１５７と基端に固定された第２の閉塞
部材１５８とによってその内部が密閉されている。第１
の閉塞部材１５７はヘッド部１５０のシャフト１４８を
進退自在に挿通するための内孔１５７ａを有している。
また、シャフト１４８の基端部１４８ａには中空パイプ
１４６内に進退自在に配設された第３の閉塞部材１６３
が接続固定されている。

【００４８】また、中空パイプ１４６の内部には、第３
の閉塞部材１６３と第２の閉塞部材１５８との間に、密
閉構造の弾性チューブ１６２が配設されている。この弾
性チューブ１６２は、中空パイプ１４６の内面と、第３
の閉塞部材１６３および第２の閉塞部材１５８の端面と
に密着した状態で設けられ、その密閉された内部には圧
力作動材料２が封入されている。また、第１の閉塞部材
１５７と第３の閉塞部材１６３との間にはこれらに当接
した状態で圧縮ばね１６６が介装されており、第３の閉
塞部材１６３はこの圧縮ばね１６６によって弾性チュー
ブ１６２に対して付勢された状態にある。

【００４９】なお、シリンダ部１４５は温度調整された
水に囲まれており、周囲の水を加熱・冷却することによ
り、間接的に内部に充填された圧力作動材料２を加熱・
冷却することが可能である。

【００５０】この構成では、圧力作動材料２を加熱する
ことにより膨張させると、これに伴って弾性チューブ１
６２が膨脹する。膨脹した弾性チューブ１６２は、シャ
フト１４８が接続固定された第３の閉塞部材１６３を圧
縮ばね１６６の付勢力に抗してシリンダ部１４５の前方
に押し出して、ヘッド部１５０を前方に駆動させる。ま
た、圧力作動材料２を冷却することにより収縮させる
と、これに伴って弾性チューブ１６２も収縮し、圧縮ば
ね１６６の弾性力により第３の閉塞部材１６３が後方に
押し戻されてシャフト１４８がシリンダ１４５内に引き
込まれ、ヘッド部１５０が後方に退避される。

【００５１】図１１の構成において、パラフィンのよう
に加熱時に液体となり冷却時に固体となるような材料を
圧力作動材料２として使用した場合、加熱膨脹時におけ
る固体化した圧力作動材料２と中空パイプ１４６の内面
との間に直接的な摺動による動作阻害が生じるが、図１
２に示す構成の熱膨脹型アクチュエータ１６０は、圧力
作動材料２を弾性チューブ１６２内に封入しているた
め、このような動作阻害を回避することができる。

【００５２】図１３に示す熱膨張型アクチュエータ１４
０は、弾性チューブ１６２と第３の閉塞部材１６３との
間に一定の空間を設け、この空間内に圧力伝達液体１７
２が封入してある。また、第３の閉塞部材１６３の外面
と中空パイプの内面との間にはＯリング等の液体シール
手段１７５が介装されている。なお、それ以外の構成は
図１２の構成と同一である。

【００５３】この構成では、圧力作動材料２を加熱する
ことにより膨張させると、これに伴って弾性チューブ１
６２が膨脹する。弾性チューブ１６２の膨脹力は、圧力
伝達液体１７２を通じて第２の閉塞部材１６３に伝達さ
れ、シャフト１４８が接続固定された第３の閉塞部材１
６３を圧縮ばね１６６の付勢力に抗してシリンダ部１４
５の前方に押し出す。これによって、ヘッド部１５０が
前方に駆動される。また、圧力作動材料２を冷却するこ
とにより収縮させると、これに伴って弾性チューブ１６
２も収縮し、圧縮ばね１６６の弾性力により第３の閉塞
部材１６３が後方に押し戻されてシャフト１４８がシリ
ンダ１４５内に引き込まれ、ヘッド部１５０が後方に退
避される。

【００５４】以上説明した熱膨張型アクチュエータ１４
０は、弾性チューブ１６２と第３の閉塞部材１６３とが
直接に接触していないため、弾性チューブ１６２が第３
の閉塞部材１６３と中空パイプ１４６との隙間に入り込
んで破損してしまうことを防止できる。

【００５５】また、熱膨張型アクチュエータ１４０は、
第３の閉塞部材１６３の外面と中空パイプの内面との間
にＯリング等の液体シール手段１７５を設けた上で、弾
性チューブ１６２と第３の閉塞部材１６３との間の空間
内に圧力伝達液体１７２を封入したため、熱膨脹による
圧力作動材料２の体積増加が確実に第３の閉塞部材１６
３の移動量に変換される。

【００５６】図１４は、弾性チューブ１８４とコイルば
ね１８３とを用いた熱膨脹型アクチュエータ１８０を示
している。コイルばね１８３の両端には第１の閉塞部材
１８１と第２の閉塞部材１８２とが接続固定されてい
る。コイルばね１８３の内部には、圧力作動材料２を封
入密閉した弾性チューブ１８４が設けられ、弾性チュー
ブ１８４の両端が第１の閉塞部材１８１及び第２の閉塞
部材１８２のそれぞれに当接している。本構成では、第
２の閉塞部材１８２が固定され、第１の閉塞部材１８１
がコイルばね１８３の全長方向に進退自在になってい
る。

【００５７】この構成では、圧力作動材料２を加熱する
と、圧力作動材料２を封入した弾性チューブ１８４が膨
脹する。しかし、弾性チューブ１８４の径方向の膨脹は
コイルばね１８３によって規制されているため、弾性チ
ューブ１８４は、コイルばね１８３をその全長方向に伸
長させながら、第１の閉塞部材１８１を前方に駆動させ
ることができる。また、圧力作動材料２を冷却すること
により収縮させると、コイルばね１８３の弾性力によっ
て、第１の閉塞部材１８１が後方に退避される。このよ
うに、本構成では、弾性チューブ１８４の支持手段がコ
イルばね１８３であるため、アクチュエータ１８０の変
位を取り出す方向をコイルばね１８３の外径を規制する
構造を用いることで、変化させることができる。

【００５８】なお、本発明は、前述した各実施例のもの
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言うまでもない。すな
わち、本発明は、上記構成のもの以外にも、縫合器等の
医療用処置具、手術用マニピュレータやカテーテル等に
広く応用することができる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱膨張型
アクチュエータは、圧力作動材料を収容する容器を多層
構造にすることによって、圧力作動材料を加熱または冷
却したときの容器の断面積の変化をアクチュエータの動
作に有効に変換することができるため、大きな変位量と
駆動力とを得ることができる。

【００６０】また、医療用挿入具の挿入具本体に前記熱
膨張型アクチュエータを配置し、前記熱膨張型アクチュ
エータの動作によって前記挿入具本体の被駆動部を駆動
するようにしたので、挿入具本体が長尺であっても前記
熱膨張型アクチュエータの大きな駆動力によって被駆動
部を容易かつ確実に駆動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の実施例に係る熱膨張型
アクチュエータの収縮時の断面図、（ｂ）は（ａ）の熱
膨張型アクチュエータの伸長時の断面図、（ｃ）は
（ａ）の熱膨張型アクチュエータを備えた内視鏡の要部
構成を示す斜視図である。

【図２】図１の（ｃ）の内視鏡とその周辺機器を示した
概略図である。

【図３】図１の熱膨張型アクチュエータの変形例を示し
ており、（ａ）はその変形例に係る熱膨張型アクチュエ
ータの収縮時の断面図、（ｂ）は（ａ）の熱膨張型アク
チュエータの伸長時の断面図である。

【図４】図１の熱膨張型アクチュエータによって湾曲駒
からなる湾曲部を駆動させるようにした構成を示す斜視
図である。

【図５】図１の熱膨張型アクチュエータによって把持部
が駆動する把持鉗子の要部構成を示しており、（ａ）は
把持部が開いた状態を示す状態図、（ｂ）は把持部が閉
じた状態を示す状態図である。

【図６】（ａ）は本発明の第２の実施例に係る熱膨張型
アクチュエータの収縮時の断面図、（ｂ）は（ａ）の熱
膨張型アクチュエータの伸長時の断面図である。

【図７】（ａ）は本発明の第３の実施例に係る熱膨張型
アクチュエータの収縮時の断面図、（ｂ）は（ａ）の熱
膨張型アクチュエータの伸長時の断面図である。

【図８】内視鏡の挿入部の硬度を熱膨張型アクチュエー
タによって制御する実施例を示しており、（ａ）は内視
鏡の要部構成図、（ｂ）は内視鏡に設けられた熱膨張型
アクチュエータの断面図である。

【図９】（ａ）は熱膨張型アクチュエータの他の構成例
を示す収縮時の状態図、（ｂ）は（ａ）の熱膨張型アク
チュエータの伸長時の状態図である。

【図１０】図９の熱膨張型アクチュエータによって進退
駆動するアクチュエータの構成図である。

【図１１】ピストン部とシリンダ部とからなる進退機構
を備えた熱膨張型アクチュエータを示しており、（ａ）
はアクチュエータの先端部の側面図、（ｂ）はアクチュ
エータ全体の側面図、（ｃ）はアクチュエータの断面図
である。

【図１２】図１１の熱膨張型アクチュエータの変形例を
示しており、（ａ）はアクチュエータの側面図、（ｂ）
は（ａ）のＧ部の拡大断面図である。

【図１３】図１１の熱膨張型アクチュエータの他の変形
例を示しており、（ａ）はアクチュエータの側面図、
（ｂ）は（ａ）のＨ部の拡大断面図である。

【図１４】熱膨張型アクチュエータの他の構成を示す断
面図である。

【符号の説明】

１，４０，８０，９０，１００…熱膨張型アクチュエー
タ内視鏡、２…圧力作動材料、４，４２…コイル体（容
器）、６，８３，１０３…熱交換器、１２…挿入部（挿
入具本体）１４…湾曲部（被駆動部），８１…容器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀井章弘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

【特許請求の範囲】

【請求項１】可逆的に熱膨張収縮自在な圧力作動材料
と、この圧力作動材料を収容し圧力作動材料の膨張収縮
によって変形可能な多層構造の容器と、前記圧力作動材
料を加熱・冷却する手段と、前記圧力作動材料を加熱ま
たは冷却したときの容器の断面積の変化をアクチュエー
タの動作に変換する手段を具備したことを特徴とする熱
膨張型アクチュエータ。
【請求項２】被駆動部を有する挿入具本体を有し、こ
の挿入具本体に前記熱膨張型アクチュエータを配置し、
熱膨張型アクチュエータの動作によって前記挿入具本体
の被駆動部を駆動することを特徴とする医療用挿入具。