JPH07178042A - 形状記憶合金素子アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、可撓管表面が低温下に維持されつ
つ、大きな湾曲量が取り出せる形状記憶合金素子アクチ
ュエータを提供することを目的とする。 【構成】本発明は、形状記憶合金素子からなるＳＭＡワ
イヤ９が挿通するワイヤ挿通孔２が設けられたシリコン
部材とＳＭＡワイヤ９に繋がる導電線１０とチャンネル
３とが設けられたテフロン部材を軸方向に合わせた湾曲
部５を有するマルチルーメンチューブ（可撓管）４を形
成し、加熱前（常温時）には湾曲方向とは逆方向に曲が
った状態でプリフォームされ、ＳＭＡワイヤ９に湾曲さ
せるための通電パルス電圧Ｖと、湾曲角を保持させる通
電パルス電圧Ｕとを所定時間ごと交互に通電させ、低温
で湾曲動作する形状記憶合金素子アクチュエータであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱による温度変化に
伴って収縮する形状記憶合金素子を用いた湾曲駆動装置
に係り、特に過熱防止が対策された形状記憶合金素子ア
クチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、生体内部に挿入され、種々の情
報を得たり、処置を施すための器具として代表的なもの
に内視鏡がある。例えば、特開昭６２−２６０４１号公
報に記載されるような内視鏡があり、この内視鏡は、操
作部と挿入部とに大別され、前記挿入部は、可撓管とそ
の先端に設けられた湾曲部により構成されている。

【０００３】前記湾曲部は、挿入の際に生体の器官等に
損傷を与えないようにするため、器官の曲り具合に沿っ
て湾曲するようになっている。その湾曲させるための部
材として、形状記憶合金素子が用いられている。

【０００４】この形状記憶合金素子はワイヤー形状を成
し、外部から与えられた加熱、冷却の温度変化に伴っ
て、湾曲し形状が変化する素子であり、この変化が可撓
管に利用されている。

【０００５】従来では、この形状記憶合金素子の形状変
化を起こさせるために、一定の通電パルス又は一定の電
圧を加えて加熱していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
様な従来の可撓管装置では、前記形状記憶合金素子とな
るワイヤーに連続的に通電すると、次第に加熱され、経
時時間によっては、前記形状記憶合金素子が発した熱が
可撓管に伝導して、可撓管の表面まで高温になる問題が
あった。

【０００７】そこで本発明は、可撓管表面が低温下で大
きな湾曲量が取り出せる形状記憶合金素子アクチュエー
タを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、加熱により生じる歪みで変形する形状記憶
合金素子と、前記形状記憶合金素子への加熱を、温度上
昇を伴い歪み量が増大する第１の加熱量と、該形状記憶
合金素子の所定温度までの温度降下を伴いつつ、歪み量
が維持される第２の加熱量とを交互に供給する手段とで
構成される形状記憶合金素子アクチュエータを提供す
る。

【０００９】

【作用】以上のような構成の形状記憶合金素子アクチュ
エータの湾曲部を湾曲させるための通電パルスと、湾曲
した状態を維持させ且つ表面温度を下げるための通電パ
ルスを交互に通電させて、低温で大きいなひずみ量が得
られる。前記形状記憶合金素子アクチュエータを用具、
例えば医療用具に用いた場合に、医療用具の表面を低温
度を維持して動作される。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１１】図１には、本発明による第１実施例とし
て、形状記憶合金素子アクチュエータを可撓管例えば、
カテーテルに適用した構成例を示し説明する。

【００１２】このカテーテル１は、記憶合金素子（以
下、ＳＭＡワイヤとする）を挿通するためのワイヤ挿通
孔２と、中央に極細内視鏡等の各処置具や、造影剤、薬
剤注入、体液吸入等ができるようにチャンネル３とが設
けられた、材質がテフロンからなるマルチルーメンチュ
ーブ４を主として構成される。このマルチルーメンチュ
ーブ４は、前記チャンネル３とワイヤ挿通孔２を含んだ
箇所で、先端側から少し離れた位置（例えば、数ｃｍ）
から、軸方向に抉られるように、凹形Ａに切り取られて
いる。その凹形部Ａに合致し、ワイヤ挿通孔２が設けら
れた、前記テフロン部材４よりも柔らかいシリコン部材
５を嵌め込んでいる。

【００１３】このマルチルーメンチューブ４の先端側が
湾曲部５となり、極細シリコンチューブ７が、テフロン
部材４と該テフロンよりも柔らかいシリコン部材６とを
覆い、その両端は、糸縛り８によって密着させることに
よって、シリコン部材６をテフロン部材４に固定してい
る。

【００１４】前記ワイヤ挿通孔２内には、予め加熱した
時に所望の湾曲形状に変化をするＳＭＡワイヤ９を挿通
させ、先端にループ部Ｂを設けた構成としている。

【００１５】前記カテーテル１は、加熱前（常温時）に
は、図２（ａ）に示すように、テフロン部材４の方を該
ＳＭＡワイヤ９の変形による湾曲方向ｍとは逆の方向ｎ
に曲がった状態でプリフォームされている。

【００１６】このＳＭＡワイヤ９の両端には、通電パル
スをＳＭＡワイヤ９に与える為に該ＳＭＡワイヤ９より
低抵抗の導電線１０が接続されている図３には、このカ
テーテル１のＳＭＡワイヤ９を含む回路構成を示す。

【００１７】患者側回路２１における前述した導電線１
０は、駆動回路２２を絶縁する為の絶縁トランス２３に
接続されている。

【００１８】この駆動回路２２はＳＭＡワイヤ９に必要
な電流を駆動する為に絶縁トランス２３に流す電流を制
御する為のものであり、湾曲量増加、維持通電パルスを
交互に生成する制御回路２４の出力からの信号によって
制御される。

【００１９】前記制御回路２４は、湾曲量増加ＳＷ２５
からの入力情報、湾曲量減少ＳＷ２６からの入力情報に
より、湾曲量増加、減少用パルスを生成するが、図３に
示す入力端子ＩＮ１にＬ信号が入力されれば、図４に示
す湾曲量増加（ｔ１）、維持通電（ｔ２）パルスが交互
に生成され、入力端子ＩＮ２にＬ信号が入力されれば図
５に示す湾曲量減少通電パルスが生成され、各々図中に
ＯＵＴ端子に生成されたパルスが出力される。ここで、
図４，図５において、Ｄ１はカテーテルの先端部５を湾
曲させるためのＤ比、Ｄ２はある一定の湾曲度を保ち、
且つ表面温度を下げる比、ｔ１はＤ１比を通電する時
間、ｔ２はＤ２比を通電する時間、Ｔはｔ１とｔ２から
なる一周期を示している。

【００２０】このように構成された形状記憶合金素子ア
クチュエータをカテーテルに適用した例の動作について
説明する。

【００２１】図４に示す通電パルスＤ１比をｔ１秒間、
ＳＭＡワイヤ９に通電し、さらにＤ２比をｔ２秒間通電
する。これらを交互に通電すれば、図６に示す様に、湾
曲−温度が変化する。ここで、湾曲量増加通電Ｄ１比＞
湾曲量維持通電Ｄ２比であり、湾曲量増加通電時間ｔ１
＜湾曲量維持通電時間ｔ２とする。

【００２２】また、前記カテーテル１の湾曲部５の湾曲
した状態（湾曲角度）を維持する時には、図７に示すＤ
２比を常に通電する。

【００２３】図４に示した高いＤ１比で、ＳＭＡワイヤ
９に通電加熱すればより早く、該ＳＭＡ９の湾曲部５が
図８に示すような角度θ１からθ２まで湾曲することが
できる。しかし、そのまま通電し続けると、湾曲部５の
表面温度が高くなる為、高いＤ１比でｔ１秒間通電した
後に、該湾曲部５の表面温度が高温になる前に温度を下
げ（Ｄ１比よりもデュウテイ比が小さいＤ２比）、且
つ、すでに湾曲した湾曲度（θ２）を維持するＤ２比を
通電する。

【００２４】また前記カテーテル１の湾曲部５の湾曲角
を減らす時は、湾曲減少ＳＷ２６を押し、Ｄ比を少しづ
つ減らしていく。

【００２５】次に図９には、本発明による第２実施例と
して、形状記憶合金素子アクチュエータを内視鏡に適用
した例を示す。

【００２６】図９は内視鏡の湾曲部３０の断面を示す。

【００２７】この内視鏡の湾曲部内の上下に後述する駆
動装置で通電加熱すると収縮するＳＭＡからなるワイヤ
３１ａ，３１ｂを設ける。そのＳＭＡワイヤ３１ａ，３
１ｂは、図１に示したようなＵ字形に内視鏡先端部で折
り返してあり、その折り返し部で内視鏡内に固定されて
いる。さらに、前記ＳＭＡワイヤ３１ａ，３１ｂの各両
端には、導電線３２ａ，３２ｂがカシメ部３３ａ，３３
ｂにより、それぞれ接続されている。

【００２８】前記導電線３２ａ，３２ｂは、図１０に示
す患者回路３４と駆動回路３５を絶縁する為の絶縁トラ
ンス３６に接続される。前述した第１実施例では、駆動
回路をハード的に構成したが、本実施例では、制御回路
にマイクロコンピュータ３７を用いており、他にはプロ
グラマブル・コントローラ等も使用でき、ソフト的に内
視鏡を湾曲操作する。

【００２９】図１１乃至図１３には、第２実施例の内視
鏡の湾曲部を動作させるために印加する通電パルスを示
す。第１実施例とほぼ同じであるが、本実施例では、Ｓ
ＭＡワイヤ３１ａ，３１ｂに通電するパルスにおいて、
Ｄ比を変えずに通電パルスの電圧を変化する事によっ
て、湾曲部３０を動作させる。

【００３０】これは、湾曲量増加ＳＷ２６を押すと、図
１１に示す通電パルス電圧Ｖがｔ１秒間通電され、さら
に通電パルス電圧Ｕがｔ２秒間通電される。これらの通
電パルス電圧Ｖ，Ｕが交互に通電される。

【００３１】この通電パルスの電圧Ｖをｔ１秒通電する
ことによって、内視鏡の湾曲角を図８に示すように大き
くする事が出来る。しかしそのまま通電し続けると内視
鏡の湾曲部の表面温度が高くなる。

【００３２】そのため、通電パルスの電圧Ｖで通電した
後に、湾曲部の表面温度が高温になる前に温度を下げ、
且つ、すでに湾曲している湾曲度を保つ電圧Ｕ（電圧Ｖ
よりも小さい電圧Ｕを通電）を通電する。

【００３３】一方、前記内視鏡の湾曲部の湾曲角を減ら
す時には、湾曲減少ＳＷ２５を押して図１２に示すよう
な電圧を少しづつ減らしていくパルスを通電する。ま
た、内視鏡の湾曲部の湾曲状態をそのまま維持したい場
合には、図１３に示す通電パルス電圧Ｕを通電する。

【００３４】前記ＳＭＡワイヤ３１ａ，３１ｂに供給す
る通電パルスの電圧は、電源回路３８でコントロールし
ており、マイクロコンピュータ３７と互いにインターフ
ェースを取っている。

【００３５】本実施例では、内視鏡の湾曲部の操作をＳ
ＭＡワイヤによって制御したが、内視鏡の鉗子起上の制
御や光学系の駆動、例えばレンズの駆動等へも応用可能
である。

【００３６】以上説明したように、本実施例の形状記憶
合金素子アクチュエータは、同一の形状記憶合金を用い
ても本通電法を利用すれば低温で大きいひずみ量が得ら
れる。したがって該形状記憶合金素子アクチュエータを
用具、例えば医療用具に用いた場合該医療用具の表面を
低温度のまま動作させる事が可能となる。

【００３７】そして本実施例の形状記憶合金素子アクチ
ュエータは、医療用に限定されるものではなく、他の分
野においても利用することができ、例えば、ガス管内の
検査等湾曲する動作を含む微細な動作を必要とし、且つ
高温になる事が問題となる様な所への利用には有用であ
る。また、他にも発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
変形や応用が可能であることは勿論である。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、可
撓管表面が低温に維持されつつ、大きな湾曲量が取り出
せる記憶合金素子アクチュエータを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例として、形状記憶合金
素子アクチュエータを可撓管（カテーテル）に適用した
構成例を示す図である。

【図２】図２（ａ）は、図１に示した湾曲部の加熱前
（常温時）の湾曲状態を示す図、図２（ｂ）は、ＳＭＡ
ワイヤに通電パルスを与えた時の湾曲状態を示す図であ
る。

【図３】図１に示した可撓管の湾曲部を湾曲動作させる
ための回路構成を示す図である。

【図４】可撓管の湾曲部を湾曲量増加及び湾曲状態維持
を行うために通電する通電パルスを示す図である。

【図５】可撓管の湾曲部を湾曲量を減少させるために通
電する通電パルスを示す図である。

【図６】本実施例における湾曲部の湾曲角度とその表面
温度との関係を示す図である。

【図７】可撓管の湾曲部を湾曲状態を維持させるために
通電する通電パルスを示す図である。

【図８】湾曲部の湾曲状態を示す図である。

【図９】本発明による第２実施例として、形状記憶合金
素子アクチュエータを内視鏡に適用した例を示す図であ
る。

【図１０】図９に示した内視鏡の湾曲部を湾曲動作させ
るための回路構成を示す図である。

【図１１】内視鏡の湾曲部を湾曲量増加及び湾曲状態維
持を行うために通電する通電パルスを示す図である。

【図１２】内視鏡の湾曲部を湾曲量を減少させるために
通電する通電パルスを示す図である。

【図１３】内視鏡の湾曲部を湾曲状態を維持させるため
に通電する通電パルスを示す図である。

【符号の説明】

１…カテーテル、２…ワイヤ挿通孔、３…チャンネル、
４…マルチルーメンチューブ（テフロン部材）、５…湾
曲部、６…シリコン部材、７…極細シリコンチューブ、
８…糸縛り、９…記憶合金素子（ＳＭＡワイヤ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱により生じる歪みで変形する形状記
   憶合金素子と、 前記形状記憶合金素子への加熱を、温度上昇を伴い歪み
   量が増大する第１の加熱量と、該形状記憶合金素子の所
   定温度までの温度降下を伴いつつ、歪み量が維持される
   第２の加熱量とを交互に供給する手段と、を具備するこ
   とを特徴とする形状記憶合金素子アクチュエータ。