JPH07308884A - 管状マニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、湾曲駆動用形状記憶素子部材と可撓
管部材との摺動抵抗を軽減することで、駆動湾曲角のロ
スを小さくし、作業空間の広い管状マニピュレータを提
供することを目的とする。 【構成】本発明は、可撓管と、この可撓管の周面に摺動
自在に取り付けられてその可撓管に湾曲力を付与する形
状記憶素子とからなる管状マニピュレータにおいて、前
記形状記憶素子が摺接する可撓管の摺動面に凹凸を設け
た。前記凹凸を設けたことにより、湾曲駆動用形状記憶
素子部材と可撓管部材との摺動抵抗が軽減する。

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、プラントの配
管内のような狭所における検査や補修等の際に用いられ
る管状マニピュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】狭い個所や曲がりくねった管の内部に挿
入して、その内部の検査を行う内視鏡や、内視鏡やプロ
ーブ等をそのような管内に導くためのガイドチューブ装
置において、曲げ形状を記憶した形状記憶合金部材を利
用して、そのスコープや、ガイドチューブを湾曲させる
試みは、既にいくつか行われている。

【０００３】例えば、特公平４−４１６２２号公報にお
いて示された可変形状の案内装置は、プラスチックによ
り成形された管状部材と、この管状部材の外周面上に、
軸方向に沿ってスライド自在に糸縛りされた形状記憶合
金部材と、前記形状記憶合金部材を加熱する手段とから
なる。前記形状記憶合金部材は、曲げ形状を記憶してお
り、加熱されると、添設した前記管状部材に対してスラ
イドしながら、その管状部材を湾曲させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記湾曲駆動用形状記
憶合金部材は、これに添設する前記管状部材の周面に対
して直接に接合するため、その管状部材にシリコーンゴ
ムやポリウレタン等のような表面の摩擦係数の大きい素
材を用いると、形状記憶合金部材と管状部材との摺動抵
抗が大きくなり、湾曲動作を妨げ、大きな湾曲角を得る
ことが難しい。

【０００５】本発明は前記課題に着目してなされたもの
であり、湾曲駆動用形状記憶素子部材と可撓管部材との
摺動抵抗を軽減することで、駆動湾曲角のロスを小さく
し、作業空間の広い管状マニピュレータを提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決する手段および作用】前記課題を解決する
ために本発明は、可撓管と、この可撓管の周面に摺動自
在に取り付けられてその可撓管に湾曲力を付与する形状
記憶素子とからなる管状マニピュレータにおいて、前記
形状記憶素子が摺接する可撓管の摺動面に凹凸を設け
た。前記凹凸を設けたことにより、湾曲駆動用形状記憶
素子部材と可撓管部材との摺動抵抗が軽減する。

【０００７】

【実施例】本発明の第１の実施例について、図１ないし
図９を参照して説明する。図１は管状マニピュレータ１
を示しており、この管状マニピュレータ１は、例えば、
配管内に誘導して、その内部の検査や補修等に用いられ
る。

【０００８】この管状マニピュレータ１は、複数の湾曲
部２，３，４，…に分かれており、先端側より第１の湾
曲部２、第２の湾曲部３、第３の湾曲部４、…と順次軸
方向に連結されている。湾曲部２，３，４はそれぞれ湾
曲して任意の形状をとれる。管状マニピュレータ１の基
端側には、図示しない作業用モジュールが有る。前記作
業用モジュールは、管状マニピュレータ１を駆動する駆
動用電源５を含んでいる。管状マニピュレータ１には、
その全長にわたり通貫したシリコーンゴム製の可撓管と
してのインナーチューブ６が設けられている。

【０００９】図２は、第１の湾曲部２を示している。こ
の第１の湾曲部２には、前記インナーチューブ６の外周
に巻装した段付きのコイルばね７が設けられている。ま
た、前記コイルばね７の内部には形状記憶素子としての
状記憶合金部材が設けられている。つまり、インナーチ
ューブ６に対して常に沿う状態で、全方位型形状記憶合
金（ＳＭＡ）製のプレート８が配置されている。形状記
憶素子としてのプレート８はその基端側端部が固定用リ
ング部材９を介して前記インナーチューブ６に固定す
る。この全方位型ＳＭＡ製プレート８は、例えばＮｉ−
Ｔｉ系の合金であり、後述する動作を示すように、適当
な相成比で、適当な記憶処理を施したものである。

【００１０】プレート８の上面にはプレート状のヒータ
１０が接着されており、前記ヒータ１０はリード線１１
を介してスイッチングを行う制御用ＩＣ１２に接続され
ている。制御用ＩＣ１２は、前記固定用リング部材９の
外周平面部１９に接着されて取付け固定されている。

【００１１】前記ヒータ１０は、プレート８のインナー
チューブ６の位置する側の面と反対側の面上に接着され
ており、リード線１１を介して制御用ＩＣ１２と接続さ
れている。

【００１２】制御用ＩＣ１２は、固定用リング部材９の
外周平面部に接着されている。また、制御用ＩＣ１２か
ら延接される伝送用リード線１３はインナーチューブ６
に沿って設けられており、その延出他端は、制御部にお
ける前記駆動用電源５に接続されている。

【００１３】一方、図３は第１の湾曲部２を側方から見
た図であり、図４はコイルばね７の軸方向から見た図を
示す。これから知れるように前記コイルばね７は１巻き
ごとに小コイル径部１４と大コイル径部１５を交互に繰
り返しており、さらに、前記小コイル径部１４と大コイ
ル径部１５はその外周部の一部分がインナーチューブ６
の一側部周面で、そのインナーチューブ６の軸方向に直
線上になるように偏心してある。

【００１４】また、前記コイルばね７の小コイル径部１
４の内径は、前記インナーチューブ６の外径よりもわず
かに大きく、小コイル径内部空間１６にインナーチュー
ブ６が挿通されている。小コイル径部１４と大コイル径
部１５との大小コイル径間の隙間１７は、前記プレート
８の長手方向と垂直な断面を含むほどの大きさを有して
おり、この隙間１７に前記プレート８が配置されてい
る。つまり、前記コイルばね７の小コイル径部１４はイ
ンナーチューブ６の外周摺動面に凹凸を形成する。

【００１５】図５は前記ＳＭＡ製のプレート８と前記固
定用リング部材９との固定部分を縦断した断面図を示し
ており、図６は固定用リング部材９における前端部と後
端部の横断面図を示す。前記プレート８の基端側端部に
対応して前記固定用リング部材９の前端部には固定用溝
１８が設けられている。前記プレート８の基端側端部
は、図６の（ａ）で示すように固定用リング部材９の固
定用溝１８に差し込まれ、ろう付け、半田付け、接着等
の接続固定手段で固定されている。前記プレート８の基
端側端部は、表面がメッキ処理されている。また、リン
グ部材９はチューブ６に接着されている。

【００１６】また、第２の湾曲部３も第１の湾曲部２と
同様の構成をとるが、図５に示すように、第２の湾曲部
３における全方位型ＳＭＡ製プレート２０の先端側端部
は、図６の（ｂ）で示すように第１の湾曲部２の固定用
リング部材９に設けられた摺動用溝２１にスライド自在
に差し込まれている。

【００１７】前記コイルばね７の基端側端部は、前記リ
ング部材９の先端側端面に押し当てられ、あるいはその
一部をリング部材９の内面に入り込ませて、例えば、ろ
う付け、はんだ付け、接着等の固定手段で固定されてい
る。また、第２の湾曲部３におけるコイルばね２２の先
端側端面は、固定用リング部材９の基端側端面に押し当
てられ、あるいはその一部をリング部材９の内面に入り
込ませて、ろう付け、半田付け、接着等の固定手段で固
定されている。

【００１８】第３の湾曲部４以降も、第１の湾曲部２お
よび第２の湾曲部３と同様の構成となっている。また、
外乱からの保護のために、前記各湾曲部２，３，４，…
の外周にアウターチューブを設けることもある。

【００１９】次に、前述した構成の管状マニピュレータ
１の動作を説明する。各湾曲部２，３，４，…における
プレート８が、各々の面上に設けられたヒータ１０によ
る加熱および自然放熱によって湾曲し、この湾曲に伴
い、インナーチューブ６を所定の任意形状に湾曲させ
る。制御部からの信号により、制御用ＩＣ１２をスイッ
チングすることにより、プレート８への通電の有無が選
択される。これは、オープンループで制御される。

【００２０】図７はそのプレート８の動作を示す。全方
位型ＳＭＡ製プレート８は、曲げ形状を記憶しており、
低温側の状態と高温側の状態とでは曲げ形状が反転す
る。同図（ａ）は低温側の形状を示し、同図（ｂ）は高
温側の形状を示している。

【００２１】そこで、図８を参照して、マニピュレータ
１を湾曲させる具体的な動きを説明する。プレート８は
その基端側端部がリング部材９を介してインナーチュー
ブ６に固定されているため、前記プレート８が変形する
と、プレート８はインナーチューブ６に対して摺動しな
がら、図８（ａ）または同図（ｂ）で示すように、先端
側部分が湾曲変形する。

【００２２】そして、プレート８は、図９で示すように
小コイル径部１４と大コイル径部１５の間の隙間１７お
よび固定用リング部材９の摺動用溝２１に位置して、そ
れらに保持されながら、インナーチューブ６に対して摺
動しつつ、マニピュレータ１を湾曲させる。

【００２３】前記プレート８とインナーチューブ６との
間にはコイルばね７が介在し、プレート８はコイルばね
７と点接触をした状態で湾曲動作を行い、コイルばね７
と摺動する。従来方式の構造の場合のような面接触の構
造と較べて、明らかに、摺動抵抗が少なくてすみ、プレ
ート８の湾曲力量を最も効率良くインナーチューブ６
（可撓管）に伝達することができる。

【００２４】この構成によれば、図４に示すように、ヒ
ータ１０は、プレート８の、インナーチューブ６と向き
合わない面上に設けられているので、コイルばね７と
は、ほとんど接触することなく、動作に伴ってヒータ１
０が傷つ付けられるおそれが少ない。

【００２５】図２に示すように、制御用ＩＣ１２は、プ
レート８の面上でなく、固定用リング部材９の外周面上
に設けられているため、プレート８の温度変化が制御用
ＩＣ１２の特性に及ぼす影響は小さい。

【００２６】図５に示すように、固定用リング部材９
は、プレート８をインナーチューブ６に対して固定させ
るのみでなく、隣接する基端側の湾曲部３，４，…にお
けるプレート８ａが湾曲するに伴い摺動する際のスライ
ドガイドの働きも兼ねるので、それらの機能を持つ構成
がコンパクトなものとすることができて、湾曲部２，
３，４，…を複数設ける構造に適している。

【００２７】また、上述のように隣接する湾曲部２，
３，４，…のプレート８は、１つの固定用リング部材９
にそれぞれ固定または挿入されるので、管状マニピュレ
ータ１は、各湾曲部２，３，４，…の間でキンクする虞
れが少ない。

【００２８】また、プレート８は、コイルばね７の大小
コイル径部１４，１５の間の隙間１７に設けられてお
り、コイルばね７は適当なピッチを有する。故に、プレ
ート８は常にインナーチューブ６に沿わされ、プレート
８自身の湾曲角度をほとんどロスすることなく、湾曲部
２，３，４，…の湾曲角度として取り出すことができ
る。

【００２９】さらに、外乱から各湾曲部２，３，４，…
を保護するため、その湾曲部２，３，４，…の外周にア
ウターチューブを設ける場合にも、図４から明らかなよ
うに全方位型ＳＭＡ製プレート８は、コイルばね７の大
コイル径部１５の内周に接するのみで、そのアウターチ
ューブとは接触しないので、プレート８とアウターチュ
ーブとの摺動摩擦により湾曲角度が小さくなるおそれが
ない。

【００３０】図１０は本発明の第２の実施例を示すもの
である。すなわち、この実施例は前述した第１の実施例
の構成における段付きのコイルばね７の代わりに、イン
ナーチューブ６の外径よりも、わずかに大きいコイル内
径を有するコイルばね２３と、プレート押さえリング２
４との組みからなる保持手段を設けたものである。上記
コイルばね２３の両端部は固定用リング部材９の端面に
押し当てられて、ろう付け、半田付け、接着等の固定手
段で固着されている。

【００３１】また、前記押さえリング２４は、プレート
８が位置しない側部において、コイルばね２３またはイ
ンナーチューブ６に接着等で固着されている。プレート
８は、コイルばね２３の外部と、プレート押さえリング
２４の内部の隙間に配置される。

【００３２】これの動作は、前述した第１の実施例の場
合と略同じである。そして、この構成によれば、コイル
ばね２３および押さえリング２４は、特殊な形状をして
いないので、これらを安価に製作することができる。

【００３３】また、この第２の実施例におけるコイルば
ね２３の代わりに、インナーチューブ６の外周に、リン
グ部材を複数個設けたり、糸まきをしたり、接着剤を部
分的に塗布して硬化させたり、表面を後加工したりし
て、凹凸を設け、または予めインナーチューブ６を蛇腹
構造にしたり、さらに、押さえリング２４のかわりに糸
縛りをしたりしても、この実施例の凹凸と同様の作用効
果を得ることができる。

【００３４】前述した第１の実施例の構成において、図
１１で示すように、ＳＭＡ加熱用ヒータ１０のかわり
に、湾曲歪検出機能および温度検出機能をもたせたハイ
ブリッド型ヒータ２５を設け、このハイブリッド型ヒー
タ２５により検出された歪および温度の信号を制御用Ｉ
Ｃ１２にフィードバックする信号用リード線２６を設
け、制御用ＩＣ１２をフィードバック制御する構成とし
てもよい。この構成にすれば、複雑な配管内等、操作者
の見えない場所でも、管状マニピュレータ１の姿勢を細
かく制御することができる。

【００３５】また、このハイブリッド型ヒータ２５を用
いなくても、ＳＭＡ製プレート８の面上に歪ゲージ等の
歪センサーと、熱電対等の温度センサーを貼り付け、こ
れをリード線により制御用ＩＣ１２に接続すれば、同様
の効果を得ることができる。

【００３６】次に、図１２ないし図１４を参照して、本
発明の第３の実施例を説明する。図１２は前記第１の実
施例で説明した管状マニピュレータ１に対応させてその
軸方向の断面形状を概略的に示すものである。

【００３７】全方位型ＳＭＡ製プレート８と固定用リン
グ部材９の位置関係は、前記第１の実施例と同じであ
り、構造体たるインナーチューブ６の外周表面に配置さ
れるプレート８はそれぞれリング部材９を介して軸方向
に一直線状に連結されている。そして、リング部材９に
対してプレート８の基端側端部は、接着等で固着されて
おり、固定部３１を形成している。同一のリング部材９
の反対側端の開口部には、先端側隣りのプレート８の先
端部がスライド自在に差し込まれ、非固定部３２を形成
している。

【００３８】ここで、プレート８は前述した第１の実施
例で説明したと同様に常温で一定の曲率をとり、加熱さ
れて相変態を生じると反転した曲率をとる。図１２での
プレート８の形態はいずれも常温での形状を示してある
が、隣り合うプレート８は、常温形状で反対の向きにな
る様にそれぞれ交互に異なる向きに取り付けられてい
る。このため、各湾曲部２，３，４，…に対応した各部
分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが、常温では、図１４での
（ａ）の形状をとり、マニピュレータ１の外観を全長的
に見ると、波形状になる。また、各湾曲部２，３，４，
…における他の構成は、前述した第１の実施例で説明し
た通りであり、各々のプレート８は独立に制御される。

【００３９】そこで、常温で、マニピュレータ１は、図
１４での（ａ）の形状をとるが、湾曲部２，３，４，…
のうち、Ａ，Ｃ，Ｅのプレート８のみを全て加熱する
と、図１４での（ｂ）の形状となる。逆に、Ｂ，Ｄ，Ｆ
のプレート８のみを全て加熱すると、図１４での（ｃ）
の形状をとる。したがって、このマニピュレータ１は、
図１４で示す斜線内で任意の形状をとりうる。

【００４０】図１３はプラント配管３３内に移動型作業
モジュール３４が挿入された状態を示しており、作業モ
ジュール本体３４より延設されたマニピュレータ１は、
加熱制御を受けていない常温下での形態である。配管３
３内での観察または作業対象の位置によって適当な形態
となるように加熱制御できる。

【００４１】なお、ここで、仮に、全ての湾曲部２，
３，４，…におけるプレート８が、常温において同じ向
きであると、常温でマニピュレータ１は大きく湾曲した
状態となる。一方、マニピュレータ１が挿入される対象
は、一般に狭い配管内であり、マニピュレータ１は挿入
時に直線状である必要がある。そこで、プレート８を直
線になるように、あらかじめ加熱制御を行ってマニピュ
レータ１を直線状にしながら挿入する必要があり、これ
ではエネルギー効率が悪い。

【００４２】しかしながら、この第３の実施例における
構成では、隣り合うプレート８の初期湾曲形状が反転す
るように連結しているので、マニピュレータ１は常温状
態で波形状をとるので、マクロ的には概直線形状といえ
る。したがって、狭い管に挿入する場合でも、挿入時に
各プレート８に対して加熱制御を行うことなく挿入でき
る。これにより、エネルギーの消費が少なくてすみ、マ
イクロマシンに好適な構造といえる。

【００４３】さらに、挿入時、加熱されていないこと
は、マニピュレータ１が柔軟な状態であることを意味
し、わずかな障害物に対しては、特に制御を行わなくて
もマニピュレータ１の柔軟性を利用して押し込み挿入が
可能である。

【００４４】図１５は本発明の第４の実施例を示すもの
である。これは前述した第３の実施例の変形例を示し、
隣り合う湾曲部２，３，４，…についてのプレート８
が、交互に１８０°回転した位置にそれぞれ配置されて
いる。また、プレート８の常温初期形状は、隣り合うプ
レート８に対して反転した状態のものとなっている。そ
の他の構成は、前述した第３の実施例と同様であり、そ
の動作は第３の実施例と同じである。また、その効果に
ついても同様なものである。

【００４５】さらに、この第４の実施例では、プレート
８は、可撓性チューブよりなる可撓管構造体に対して初
期形状でその構造体の湾曲形状の外部に位置している。
出願人は実験によりチューブを曲げる時、プレート８が
外部に位置する図１６の（ａ）の場合と、内側内部に位
置する図１６の（ｂ）の場合とでは同じ湾曲角を得るの
に前者の方がプレート８に要求される湾曲力量が少なく
て済むことがわかっている。この実施例で使用している
全方位型ＳＭＡ製のプレート８は、低温側での湾曲力量
が高温側の１／２〜１／３であるので、２方向の湾曲角
を最大にするには図１６の（ａ）で示す配置構成が適し
ている。したがって、この実施例の構成では全ての湾曲
部２，３，４，…が、その構成となっているので、マニ
ピュレータ１全体は最も動作範囲が広くなる。

【００４６】図１７は本発明の第５の実施例を示すもの
である。これは隣り合う湾曲部２，３，４，…について
のプレート８を、９０°づつ順次回転した位置で配置し
た構成としたものである。また、いずれのプレート８
も、常温で図１６の（ａ）で示す形状となる様に取り付
られている。

【００４７】前述した第３の実施例ではマニピュレータ
１の動作は、２次元平面であったが、この第５の実施例
では３次元空間での動作が可能となる。常温では、３次
元的な波形状となり、やはりマクロでみるとマニピュレ
ータ１は概直線状となる。

【００４８】この構成によれば、前述した第３の実施例
と同じ作用効果が得られる他、３次元空間での動作が可
能となり、配管内での作業性がより向上する。図１８は
本発明の第６の実施例を示すものである。これにおける
可撓管構造体４０は円筒状の駒４１を回動自在に連結し
て構成されている。湾曲部２，３，４，…は、可撓管構
造体４０の片側面に配設された伸縮型のＳＭＡ製ワイヤ
４２と、その反対側面に張られたバイアスばね４３とで
それぞれ構成されている。そして、各湾曲部２，３，
４，…の向きを、１８０°回転させた位置で順次連結し
て管状マニピュレータ１が構成される。

【００４９】使用されるＳＭＡ製ワイヤ４２は常温であ
る長さＬ₀ をもち、加熱して相変態を生じると、そのＬ
₀ の長さより数パーセント短いＬ₁ の長さとなる。この
変化は可逆的なものである。

【００５０】加熱前の常温においては、バイアスばね４
３の収縮力によって、各湾曲部２，３，４，…は図１８
の（ａ）で示すような形状に湾曲している。ワイヤ４２
を加熱すると、そのワイヤ４２はバイアスばね４３に打
ち勝って収縮し、その結果、図１８の（ｂ）に示す形状
に湾曲する。しかして、各湾曲部２，３，４，…のワイ
ヤ４２を選択的に通電加熱することにより、その各湾曲
部２，３，４，…を湾曲駆動することができる。

【００５１】これによると、前述した第３の実施例と同
じような効果が得られる。さらに、ワイヤ４２を用いた
この実施例の湾曲部構成は、先に述べたプレート８を用
いたものに較べ、マニピュレータ１の細径化、高出力化
に適している。

【００５２】図１９ないし図２６は本発明の第７の実施
例を示すものである。この実施例のマニピュレータは複
数の湾曲ユニット５０を順次軸方向に連結して構成され
る。１つの湾曲ユニット５０は、図１９で示すように中
心軸を有する管状構造体５１を、その長手方向に同軸的
に複数個、この実施例中では４個のものを連結して構成
されている。また、各管状構造体５１は隣接するものと
リベット式ピン５２を介して回転自在に連結されてい
る。

【００５３】この各管状構造体５１の形状は、例えば図
２０で示すような形状であり、管状構造体５１の表面上
には、凹状の溝５３が軸方向に沿って設けられている。
各溝５３において、管状構造体５１の両端溝部分５３ａ
におけるその溝５３のサイズのほうが溝５３の中間溝部
分５３ｂのサイズより大きくなっている。この各部分の
断面形状が図２１に示されている。管状構造体５１の両
端部分５３ａの断面を示すのが同図の（ａ）であり、中
間溝部分５３ｂの断面を示すのが同図の（ｂ）である。

【００５４】そして、上述した管状構造体５１を連結し
た１つ湾曲ユニット５０の外周面長手方向にわたり、図
１９で示すように、前記溝５３に沿って形状記憶合金線
５５を設ける。さらに、形状記憶合金線５５の外側に
は、比較的短い円筒部材５６を被嵌するように設けた。
円筒部材５６は各管状構造体５１毎に２個の割合で用意
されている。

【００５５】この形状記憶合金線５５は温度変化に対し
てその長手軸方向に伸縮するものであり、図２２で示す
ように形状記憶合金線５５の外側には円筒部材５６が摺
動可能のようにそれぞれ設けられている。形状記憶合金
線５５の両端は圧延加工によりサイズを平たくして円筒
部材５６から抜けない状態で取着し、そこの端部に、通
電線５７をそれぞれ接続している。つまり、管状構造体
５１を複数個連結した１つの湾曲ユニットの構造体に対
して、図２２に示す形状記憶合金線５５と円筒部材５６
とのユニットを２セット配し、形状記憶合金線５５の先
端部に通電線５７がつながれ、後方端には、別の通電線
５７を介して制御装置６０に接続されている。

【００５６】そして、円筒部材５６は管状構造体５１の
両端溝部分５３ａに嵌め込んだ形で取り付けられる。溝
５３のサイズは両端溝部分５３ａが中間溝部分５３ｂの
方より大きく、その結果、その間に段差があり、この段
差に円筒部材５６の端面を当て止めている。また、溝５
３の間に肉厚を突き出させて、湾曲ユニット５０が回動
しても円筒部材５６が外れない形状に溝５３が形成され
ている。

【００５７】また、前記管状構造体５１は、メタル・イ
ンジェクション・モールディング（ＭＩＭ）であり、放
電加工、プレス加工等により加工しており、また、それ
はステンレス、アルミ、鉄等に金属製部品である。表面
には、電気絶縁材であるパリレン、セラミック、テフロ
ン、フッ素樹脂、ポリイミド等のコーティングが施され
ている。また、円筒部材５６は、ジルコニア、アルミ
ナ、ルビー、サファイヤ等の電気絶縁部材である。

【００５８】さらに、前記管状構造体５１の内部には、
図２３で示すようにライトガイドケーブル（ＬＧ）５８
やイメージガイドケーブル（ＩＧ）５９が配されてお
り、観察が可能な内視鏡を構成する。

【００５９】なお、図１９では、１つの湾曲ユニット５
０を図示しただけであるが、この湾曲ユニット５０を複
数個連結し、さらに形状記憶合金線５５の配置位置を９
０°づつずらしたりすることで複雑な動作をさせること
が可能となる。

【００６０】これの動作は、図１９で示す状態におい
て、制御装置６０にて指令を出して、形状記憶合金線５
５に対して通電を行うと、その形状記憶合金線５５は発
熱し、形状記憶合金線５５は収縮する。すると、形状記
憶合金線５５の両端部は、円筒部材５６に対して引っ掛
り、例えば図１９において矢印で示す上方向に曲げるよ
うに力が働き、内蔵物であるライトガイドケーブル５８
とイメージガイドケーブル５９の弾力に抗して、管状構
造体５１をつなぐリベット式ピン５２である回転軸の位
置で曲がる。形状記憶合金線５５の配置位置がその回転
軸より図中上側であるならば、曲げ方向は、上向きであ
り、回転軸より下側ならば、曲げ方向は下向きとなる。

【００６１】この湾曲動作時に、前記形状記憶合金線５
５の両端部が力を受ける管状構造体５１の曲げ力に変換
するわけであり、もっとも大きい力を受けるのが形状記
憶合金線５５の両端部である。この大きい力が働いたと
きでも、前記形状記憶合金線５５と前記管状構造体５１
との間で電気的な絶縁を確実にするために、前記形状記
憶合金線５５と前記管状体５１との間に電気的に絶縁部
材である円筒部材５６をはさんで、前記形状記憶合金線
５５の発生する収縮力を前記円筒部材５６で受けてい
る。

【００６２】また、前記形状記憶合金線５５の両端部に
ある円筒部材５６以外の内側にあるその他の円筒部材５
６においても、前記形状記憶合金線５５の収縮力を直接
に受けるわけではないが、管状構造体５１がリベット式
ピン５２の部分で曲がるとき、図２４で示すように、前
記形状記憶合金線５５は、管状構造体５１の径方向に移
動しようとするので、その形状記憶合金線５５が管状構
造体５１を径方向に押し付けるような力が働くわけであ
る。このような力を受けるために両端以外の円筒部材５
６を設けているのである。それに加えて、図２４で示す
ように形状記憶合金線５５が径方向の矢印方向に移動す
ることを防ぐ機能もある。円筒部材５６を付けることに
より、管状構造体５１の湾曲状態は図２５で示すように
なり、形状記憶合金線５５は、図２４で示すように径方
向に移動することはない。これにより、湾曲に必要な形
状記憶合金線５５のストロークが少なくて済む。この点
の関係を図２６で示す。

【００６３】すなわち、湾曲前の形状記憶合金線５５の
長さＬ₀ は、実線で示しており、Ｌ₀ ＝ＰＱ＋ＱＲ＋Ｒ
Ｓ なる式で示される。湾曲後の形状記憶合金線５５
の長さを考えた場合、円筒部材５６を付けない図２４で
示す従来の方式では、その長さＬ₁ は破線で示してお
り、円筒部材５６を付ける図２５で示す本発明での長さ
Ｌ₁ ´は一点鎖線で示している。 Ｌ₁ ＝ＰＴ＋ＴＳ Ｌ₁ ´＝ＰＱ＋ＱＲ´＋ＲＳ 湾曲に必要なストロークは従来方式では△Ｓ、本発明方
式では△Ｓ´として、 △Ｓ＝Ｌ₀ −Ｌ₁ ＝（ＰＱ−ＰＴ）＋（ＲＳ−ＴＳ）＋
ＱＲ △Ｓ´＝Ｌ₀ −Ｌ₁ ´＝ＱＲ−ＱＲ´ であり、サイズが小径となってくると、ＰＱ≠ＰＴ、Ｒ
Ｓ≠ＴＳであり、したがって、 △Ｓ＝ＱＲ、 △Ｓ´＝ＱＲ−ＱＲ´ となり、明らかに、△Ｓ＞△Ｓ´であり、従来よりも湾
曲に必要な形状記憶合金線５５のストロークが小さくて
も済むことがわかる。

【００６４】なお、この第７の実施例の構成において
は、形状記憶合金線５５を取り付けるが、これは管状構
造体５１の外側より付けるので、組立性に優れている。
また、形状記憶合金線５５の配線位置が湾曲形状に変わ
らず同じであるので、従来よりもストロークが少なくて
も大きく湾曲する構造となっている。したがって、微小
なマニピュレータの構造に適している。さらに、形状記
憶合金線５５の部材の収縮力を絶縁部材で直接受けてい
るため、その形状記憶合金線５５の部材と管状構造体５
１との電気的絶縁性が高く、耐久性に優れる。

【００６５】図２７ないし図２９は本発明の第８の実施
例を示すものである。これは管状構造体５１に対する円
筒部材５６の取付け構造の変形例である。図２７および
図２８の（ａ）で示すように管状構造体５１に設けた各
溝５３の両端部に切欠き部６１を設ける。すなわち、切
欠き部６１は、図２８の（ｂ）で示すように、その断面
形状として前述したような溝５３の凹にへこんだ底壁部
に形成されている。そして、この切欠き部６１の位置に
前述した第６の実施例と同様に円筒部材５６を嵌め込ん
で取付け固定して設ける。この場合、図２９で示すよう
に切欠き部６１の位置で、円筒部材５６を管状構造体５
１に接着する。その他の構造は、前述した第７の実施例
に同じであり、また、動作も、基本的に第７の実施例と
同じである。

【００６６】図３０は本発明の第９の実施例を示すもの
である。これは前述した第８の実施例における円筒部材
５６の他の構造として、図３０で示すように、円管７１
の穴７２が偏心しており、その円管７１の肉厚の部分に
切欠き部７３を設けた構造となっている。そして、この
円筒部材５６の切欠き部７３を、前述した管状構造体５
１の切欠き部６１で引っかかるようにしてあり、さら
に、これらの部分を接着することで確実に止める。この
他は前述した第８の実施例と同じである。この構成によ
れば、円筒部材５６の固定をより確実にすることができ
る。

【００６７】図３１および図３２は本発明の第１０の実
施例を示すものである。これは前述した第７の実施例の
変形例を示す。第７の実施例においては、湾曲形状を元
の状態に戻す力をライトガイドケーブルやイメージガイ
ドケーブルの内蔵物の弾性力としているのに対して、こ
の実施例では図３１で示すように細長く、軸方向に伸展
性のある弾性部材８１を、枢支用リベット式ピン５２を
間に挟んで形状記憶合金線５５とは反対側に位置して湾
曲ユニット５０の長手軸方向に沿って配置する。この配
置状態における断面を示すのが図３２であり、前記ピン
５２を間に挟んで形状記憶合金線５５と弾性部材８１が
反対の位置の溝５３の部分にそれぞれ配置してある。

【００６８】これの動作は、形状記憶合金線５５を通電
加熱させて、収縮させることで管状構造体５１を湾曲さ
せるときは、ライトガイドケーブルとイメージガイドケ
ーブルの内蔵物の弾性力に抗して湾曲するのに加えて、
軸方向に設けられた弾性部材８１を伸ばしながら曲が
る。そして、形状記憶合金線５５の加熱を止めて湾曲を
戻すときには、内蔵物の弾性力に加えて、軸方向に伸ば
されたゴム等の弾性部材８１が縮む力により強制的に湾
曲形状が直線な状態に戻ることになる。

【００６９】そして、管状構造体５１に弾性部材８１を
設けることで、湾曲状態から直線状態に戻すときの力を
内蔵物の弾性力に加えて弾性部材８１が縮む力を用いて
いるので、作動速度のアップがはかれる。また、内蔵物
の硬さに応じて弾性部材８１のばね定数を変えること
で、最も効率よい湾曲量を取り出せる。さらに、弾性部
材８１が外付けであるので、これの組立後でも弾性部材
８１を選ぶことが可能である。なお、この第１０の実施
例の湾曲ユニット５０を連結してマニピュレータを構成
したのが前述した第６の実施例のものに相当する。

【００７０】図３３は本発明の第１１の実施例を示すも
のである。この実施例は、前述した第７の実施例のもの
の変形例である。すなわち、前述した第７の実施例のも
のでは１本の形状記憶合金線５５に対して円筒部材５６
が管状構造体５１のそれぞれの両端側部分に１個ずつ、
計２個が付いていたのに対し、この実施例では図３３で
示すように、１つの管状構造体５１に対して、１本の長
い円筒部材５６を管状構造体５１の外周に配置した。こ
の場合、管状構造体５１に溝５３を設ける場合には、そ
のの形状は、図２１の（ｂ）で示す形状で、全長にわた
り形成される。その他の構造は第７の実施例に同じであ
り、その動作も、第７の実施例に同じである。この構成
によれば、部品点数が第１の実施例に対して少なくなっ
ており、より組立性が向上している。

【００７１】図３４ないし図３５は本発明の第１２の実
施例を示すものである。これも前述した第７の実施例の
変形例を示す。すなわち、第７の実施例においては形状
記憶合金線５５と管状構造体５１の固定が形状記憶合金
線５５に全長にわたり円筒部材５６で行っているのに対
して、この実施例では、図３４で示すように、形状記憶
合金線５５の両端のみ、円筒部材５６で固定し、他の部
分については、その管状構造体５１の回転部分において
支持部材８５で摺動自在に支持する。この支持部材８５
としては、例えば結ぶだけの糸で良い。他の方式として
は、図３５のようにかぎ形をしたクリップ８６のような
形状のものを取り付けるようにしたものでもよい。図３
５の（ａ）はその取り付け時で、図３５の（ｂ）は取り
付け後の回転軸の位置付近での状態を示している。これ
の基本的な動作は前記実施例と同じである。

【００７２】また、この実施例では、形状記憶合金線５
５を加熱して管状構造体５１を湾曲させるときに、その
形状記憶合金線５５は、支持部材８５により回転軸近傍
に置かれており、湾曲したときでも形状記憶合金線５５
か管状構造体５１の径方向へ、前述した図２４のように
移動することなく、第７の実施例と同じ動作となる。こ
れによると、組立性が良い。 ＜第１３の実施例＞図３６ないし図３８は本発明の第１
３の実施例を示すものである。この管状マニピュレータ
１００はその長手軸方向に適当な間隔で配置された複数
のリング部材１０１を備えており、各リング部材１０１
には前記実施例で述べたような材料から形成され温度変
化により可逆的に湾曲形状変化を行う形状記憶合金板
（プレート）１０２がそれらにわたって架設する状態で
連結されている。この形状記憶合金板１０２は対応する
部分でそれぞれのリング部材１０１に固着している。形
状記憶合金板１０２は複数のグループに分けられたリン
グ部材１０１の各グループごとに別々のものが架設され
ている。ここでは最先端のものから３個目のリング部材
１０１にわたって架設する第１の形状記憶合金板１０２
は左側に配置されており、その３個目のリング部材１０
１から後の他の２つのリング部材１０１とマニピュレー
タ基体１０３にわたって架設する第２の形状記憶合金板
１０２は上側に配置されている。ここで示される２本の
形状記憶合金板１０２は９０°回転する左側と上側に位
置し、かつ前後に沿って配置されている。そして、これ
らのリング部材１０１およびマニピュレータ基体１０３
の各間のスペース部分には先端側から第１〜５の湾曲部
１０５ａ〜１０５ｅが構成されている。形状記憶合金板
１０２は先に述べたように加熱と放熱により図７で示す
ような変形を行うものである。

【００７３】前記各形状記憶合金板１０２の外面上には
それぞれ薄膜のヒーターモジュール１０６ａ，１０６ｂ
が密着または密接して貼り付けられている。ヒーターモ
ジュール１０６ａ，１０６ｂは各形状記憶合金板１０２
のものが連続して形成されている。ヒーターモジュール
１０６ａ，１０６ｂは、ヒーター層１０７の他に関節間
配線層や内部配線層を備え、これらの層はがポリイミド
膜で覆われる積層構造に構成されている。ヒーターモジ
ュール１０６ｂの後端部には電極部分１１１を形成して
いる。各層間の導電はスルーホールを設けてそこに導電
材料を埋めることで得られる。電極部分１１１はアルミ
ニウムからなる関節間配線層の一部を露出することで形
成しており、その露出端子部１１２はニッケルメッキを
施してある。露出端子部１１２にはマニピュレータ基体
１０３内を通じて導かれるリード線１１３が接続されて
いる。このリード線１１３はこの環状マニピュレータ１
の外部に設けた制御装置に接続されている。

【００７４】前方のヒーターモジュール１０６ａにおい
て、各ヒーター層１０７はそれぞれ個別的に湾曲部１０
５ａ〜１０５ｂの領域に対応して離間して配置される。
後者のヒーターモジュール１０６ｂにおいては各ヒータ
ー層１０７がそれぞれ湾曲部１０５ｃ〜１０５ｅの領域
に対応して離間して配置されている。それぞれのヒータ
ー層１０７は独立に発熱量を制御可能である。

【００７５】一方、管状マニピュレータ１００の先端に
は各種の選択されたエンドエフェクター１１４が着脱自
在に取り付けられるようになっている。つまり、図３７
で示すように最先端のリング部材１０１にはエンドエフ
ェクター１１４の基部１１５を嵌め込んで係着させるよ
うにしている。また、エンドエフェクター１１４に電力
を供給するための電極１１６も最先端のリング部材１０
１に設けてある。電極１１６からの配線１１７は各リン
ク部材１０１の内部を挿通して外部にあるエンドエフェ
クター用制御装置に連結している。

【００７６】エンドエフェクター１１４は図示してある
ようなグリッパー機能のもの以外にもドリル、溶接用電
極、研磨機、超音波探傷センサー等、各種のものが選択
されて取付け可能なものとなっている。また、図示して
いないが、管状マニピュレータ１００の表面には図示し
ない保護チューブ等の外装が被せられている。

【００７７】次に、この第１３の実施例に係る管状マニ
ピュレータ１００の動作について説明する。この実施例
では加熱と放熱により図７で示すような変形を行う１本
の形状記憶合金板１０２に複数のヒーターモジュール１
０６ａ，１０６ｂを貼り付けけてあるので、以下の動作
が可能となる。そこで、任意のヒーターモジュール１０
６ａ，１０６ｂのヒーター層１０７を通電加熱すると、
そのヒーター層１０７が接触している領域のみ、形状記
憶合金板１０２の部分が熱伝導によって加熱されて変形
を生じる。したがって、図３８に示すように、どのヒー
ター層１０７を加熱するかによって形状記憶合金板１０
２は各種の変形した形状をとることができる。

【００７８】例えば３つのヒーター層１０７を持つ形状
記憶合金板１０２の場合には図３８（ａ）〜（ｄ）で示
すような湾曲形状が可能である。図３８（ａ）はいずれ
のヒーター層１０７も発熱していない状態を示す。図３
８（ｂ）は最先端のヒーター層１０７のみが発熱してこ
れに対応する形状記憶合金板１０２の領域のみが高温側
の記憶形状に復帰した状態を示す。図３８（ｃ）は最基
端側のヒーター層１０７のみ発熱してこれに対応する形
状記憶合金板１０２の領域のみが高温側の記憶形状に復
帰した状態を示す。図３８（ｄ）はすべてのヒーター層
１０７が発熱して形状記憶合金板１０２の全体が高温側
の記憶形状に復帰した状態を示す。

【００７９】このように見かけ上、複数の湾曲部１０５
ａ〜１０５ｅを１本の形状記憶合金板１０２で構成する
ことができるのである。この実施例では特に先端側の形
状記憶合金板１０２が２つのヒーター層１０７を持ち、
後端側の形状記憶合金板１０２が３つのヒーター層１０
７を持つので、この管状マニピュレータ１００は合計５
つの独立した湾曲部１０５ａ〜１０５ｅを持つことにな
る。

【００８０】このような複合された湾曲動作により管状
マニピュレータ１００をプラント等の配管内で所望部位
にアプローチし、適宜、エンドエフェクタ１１４を使用
した補修作業等を行うことができる。

【００８１】この第１３の実施例では１本の形状記憶合
金板１０２に複数の加熱領域を設けたから多湾曲動作を
可能となる。従来、１本の形状記憶合金部材に１つのヒ
ーターを貼り付けて組み立てていたのに比べ、大幅に組
立作業を簡素化できる。また、第１の実施例では配線層
（リード線１３）をヒーター１０と並列に設けた例であ
ったが、本実施例ではヒーター層１０７と配線層を積層
にしたので、湾曲動作時において配線層に異常な変形が
生じる可能性がなくなり、安定した湾曲機能を発揮させ
ることができる。 ＜第１４の実施例＞図３９ないし図４０は本発明の第１
４の実施例を示すものである。前述した第１３の実施例
においては２本の形状記憶合金板１０２を９０°回転し
た位置に配したが、本実施例では１本の形状記憶合金板
で３次元的な動作をさせる構成を示すものである。すな
わち、図３９で示すように湾曲形状を記憶処理済の幅広
の形状記憶合金板１２１からクランク形状に形状記憶合
金板１２２を切り出す。このクランク形状ではその折返
し部１２３の長さを適宜の長さにしてある。同様の形状
に形成したヒーターモジュール１２４を用意し、これを
クランク形状に切り出した形状記憶合金板１２２上に貼
り付ける。そして、図４０のように形状記憶合金板１２
２の折返し部１２３を構造体上で折り曲げて固定する。
形状記憶合金板１２２の湾曲部領域には第１３の実施例
と同様のヒーター層１２５の領域がそれぞれ対応して位
置している。

【００８２】次に、この実施例の動作を説明する。形状
記憶合金板１２２の折返し部１２３の長さによって、隣
接する形状記憶合金板１２２の部分の配置する位置が決
まってくる。図４０で示す如く、この管状マニピュレー
タ１００では最先端の湾曲部領域に対して、それに続く
湾曲部領域を順次１２０°づつずらしてある。これによ
りそれぞれの湾曲部は１２０°づつ異なった方向に湾曲
させることができる。このように形状記憶合金板１２２
の切出し形状によって、湾曲部の湾曲方向の組み合わせ
を任意に設定することができる。 ＜第１５の実施例＞図４１および図４２は本発明の第１
５の実施例を示すものである。これは前述した第１３の
実施例において、管状マニピュレータ１００の長さが特
に長くなる場合についてのものである。管状マニピュレ
ータ１００が長くなるケースは湾曲部長を長くとり、よ
り湾曲部の数を多くする場合である。ヒーターモジュー
ルを半導体製造プロセスで製作すると、シリコンウエハ
ーのサイズによって製作できるヒーターモジュールの長
さに制限があり、管状マニピュレータ１００に必要な長
さまで製作出来ない場合がある。その場合は複数のヒー
ターモジュールを連結して構成する。

【００８３】図４１は第１の形状記憶合金板１０２ａと
第２の形状記憶合金板１０２ｂにはそれぞれヒーターモ
ジュール１０６ａとヒーターモジュール１０６ｂを別々
に貼り付けた後、各々リンク部材１０１に固定した状態
を示している。図４２で示すように各リンク部材１０１
同士の相対的な位置関係を調節しながらそれぞれのヒー
ターモジュール１０６ａ，１０６ｂ…はその電極１３
１，１３２の位置を合わせて接合される。ヒーターモジ
ュール１０６ａ，１０６ｂ…の折曲げ部１３３は応力集
中を緩和するため斜めに形成してある。これによれば、
特に長い管状マニピュレータ１００を容易に構成でき
る。 ＜第１６の実施例＞図４３は本発明の第１６の実施例を
示すものであり、これの管状マニピュレータは前述した
第７の実施例における管状マニピュレータの変形例を示
す。この管状マニピュレータ１４０においてはその長手
軸方向に複数の湾曲ユニット１４１を連結して構成する
ことにより多湾曲部を有するものとして構成している。
各湾曲ユニット１４１同志の接続は電気絶縁性を有する
樹脂性の管状構造体１４３を介してそれぞれ行う。この
樹脂製の構造体１４３は前側の湾曲ユニット１４１の最
後部の構造体１４５と後側の湾曲ユニット１４１の最前
部の構造体１４５に対してそれぞれ接着固定している。
また、樹脂製の構造体１４３にはその前側の湾曲ユニッ
ト１４１に配設している湾曲駆動用の形状記憶合金（Ｓ
ＭＡ）線１４６の端部の固定を行っている。

【００８４】形状記憶合金線１４６は湾曲ユニット１４
１の先端部分で折り返して、その湾曲ユニット１４１の
外表面に配設している。図４３（ｂ）に示すように、形
状記憶合金線１４６の端部の例えば一部１４７を偏平に
圧延した後、この端部を銅パイプ１４８内に圧入して銅
パイプ１４８の表面に通電線１４９を半田付けすること
により接続している。

【００８５】こうして形状記憶合金線１４６の端部と通
電線１４９の接続がなされ、この接続状態で、前記構造
体１４３の外表面に接続部１５１を配置して、その表面
に熱収縮チューブ１５２を被嵌する。熱収縮チューブ１
５２の締め付けにより接続部１５１は樹脂製の構造体１
４３に固定される。また、前述した第７の実施例と同様
に前記構造体１４３の外表面には絶縁コートが施され、
かつ形状記憶合金線１４６を挿通するセラミックパイプ
１５３を配置することにより電気的な絶縁を確保してい
る。ただし、形状記憶合金線１４６が加熱に伴い収縮す
る時に、その形状記憶合金線１４６の端部には最も力が
かかる。そこで、より電気絶縁を確実にするために形状
記憶合金線１４６の端部のみ樹脂製の構造体１４３に設
けている。

【００８６】他の湾曲ユニット１４１も同様である。図
４３では隣り合う湾曲ユニット１４１の湾曲方向が１８
０°反対になるように、その形状記憶合金線１４６の配
置する位置を１８０°ずらしている。また、通電線１４
９は湾曲ユニット１４６の表面に沿わせて管状マニピュ
レータ１４０の基端部まで延設しても良いし、樹脂製の
構造体１４３に穴を設けて、この穴から通電線１４９を
湾曲ユニット１４１の内部に引き回して管状マニピュレ
ータ１４０の基端部まで延設しても良い。

【００８７】この管状マニピュレータ１４０における各
湾曲ユニット１４１の動作は前述した第７の実施例と同
じである。複数の湾曲ユニット１４１は外部の制御装置
によりそれぞれ独立して湾曲動作を行う。

【００８８】Ｎｉ−Ｔｉ系の形状記憶合金は一般に半田
との濡れ性が悪く、半田接続では十分な接続強度が得ら
れない。この第７の実施例では単に形状記憶合金と通電
線を繋ぐと記述しているが、これはレーザー溶接、ある
いは形状記憶合金の表面に半田との濡れ性の良い金属を
メッキした後の半田接続を想定している。本実施例では
銅パイプ１４８を用いているため、簡易に半田付け接続
ができる。なお、本実施例において、樹脂製の構造体は
ポリアセタール、テフロン等の樹脂であるが、セラミッ
ク等の絶縁材料でもよい。また、樹脂製の構造体の表面
には接続部の固定を強固にするためにその接続部が嵌合
する凹部を形成しても良いものである。

【００８９】なお、本発明の前述した実施態様によれ
ば、以下の如き構成がえられる。 （１）管状構造体たる可撓管と、この可撓管の周面に摺
動自在に取り付けられてその可撓管に湾曲力を付与する
形状記憶素子とからなる管状マニピュレータにおいて、
前記形状記憶素子が摺接する可撓管の摺動面に凹凸を設
けたことを特徴とする管状マニピュレータ。 （２）前記形状記憶素子は、前記管状構造体の外周面に
摺動自在に取り付けられたことを特徴とする（１）項に
記載の管状マニピュレータ。これによると形状記憶素子
を管状構造体の外側に取り付けているため、その組立て
性が良い。 （３）前記形状記憶素子は、前記管状構造体の内周面に
摺動自在に取り付けられたことを特徴とする（１）項に
記載の管状マニピュレータ。 （４）前記可撓管の周面に設けた凹凸は、前記可撓管と
一体に形成されたことを特徴とする（１）項に記載の管
状マニピュレータ。 （５）前記可撓管の周面に設けた凹凸は、前記可撓管の
表面と前記形状記憶素子との間に配置した凹凸形成用部
材であることを特徴とする（１）項に記載の管状マニピ
ュレータ。 （６）前記凹凸形成用部材は、コイル部材であることを
特徴とする（３）項に記載の管状マニピュレータ。 （７）前記コイル部材は、適宜なピッチでの大コイル径
部と小コイル径部を有し、両コイル径部の間で形成する
空間内に前記形状記憶素子を挿通して摺動部をなすこと
を特徴とする（６）項に記載の管状マニピュレータ。 （８）可撓管と、可撓管周面に摺動自在に取り付けられ
て可撓管に湾曲力を付与する形状記憶素子からなる湾曲
部を軸方向に連結してなる管状マニピュレータにおい
て、形状記憶素子は可撓管を挿通する管状部材に対して
固着されて湾曲駆動ユニットを形成し、かつ管状部材の
一部は別の湾曲駆動ユニットの形状記憶素子の一端を摺
動自在に収納する摺動部を形成していることを特徴とす
る管状マニピュレータ。 （９）前記形状記憶素子の可撓管との摺動面の反対面に
は制御手段として加熱用ヒータを密接して設けており、
該加熱用ヒータの端部は前記管状部材の表面まで延設さ
れて電気的端子を形成している事を特徴とする（８）項
に記載の管状マニピュレータ。 （１０）可撓管と、可撓管に取り付けられて可撓管に湾
曲力を付与する形状記憶素子からなる湾曲部を軸方向に
連結してなる管状マニピュレータにおいて、前記形状記
憶素子は初期湾曲形状を有し、駆動後の形状が初期湾曲
形状から反転した第２の湾曲形状であり、隣合う湾曲部
に搭載された形状記憶素子は初期湾曲形状が異なる向き
になるよう配置されていることを特徴とする管状マニピ
ュレータ。 （１１）前記形状記憶素子は全方位型形状記憶合金板で
あり、温度変化によって第１の湾曲形状と、第１の形状
とは反転した第２の湾曲形状を持つことを特徴とする
（１）、（８）または（10）項に記載の管状マニピュレ
ータ。 （１２）前記形状記憶素子は形状記憶合金と付勢手段と
からなり、低温状態では形状記憶合金の力に打ち勝って
付勢手段により第１の湾曲形状をとり、高温状態では形
状記憶合金が付勢手段の力に打ち勝って第２の湾曲形状
をとることを特徴とする（１）、（８）または（10）項
に記載の管状マニピュレータ。

【００９０】そして、前記（10）ないし（12）項のそれ
ぞれに記載の態様は、以下のような課題に着目して提供
されたものである。先行技術の効果は全方位型ＳＭＡ製
のプレート板を用いた湾曲構造として、実公平４−４５
６８１号公報があり、１方向性ＳＭＡとバイアス手段を
組合わせた湾曲構造として特公平４−４１６２２号公報
がある。いずれも動作は常温で第１の方向に湾曲してお
り、ＳＭＡを加熱することにより第２の方向へ湾曲する
ものである。一方、特開平５−１６３号公報には曲げ形
状記憶のＳＭＡプレートが軸方向に複数配置された構成
が示されているが、ＳＭＡプレートの高温側での湾曲形
状は同じ向きで配置され、常温状態においては、チュー
ブの弾性で直線状になる。

【００９１】さて、管状マニピュレータにおいては、軸
方向に湾曲部を連結し自由度を増す構造をとるが、マニ
ピュレータの作業範囲を大きくとるためには、先の実公
平４−４５６８１号公報、特公平４−４１６２２号公報
のように一湾曲部が２方向に湾曲するものを連結するこ
とが好ましい。ところが、２方向に湾曲する湾曲部を特
開平５−１６３号公報のようにＳＭＡ形状が同じ向きに
連結したのでは以下のような問題がある。全ての湾曲部
が常温において同じ向きであると、常温でマニピュレー
タは大きく湾曲した状態となる。一方、マニピュレータ
が挿入される対象は狭い配管内であり、マニピュレータ
は挿入時に直線状である必要がある。そこで、ＳＭＡが
直線になる様に加熱制御をする必要があり、エネルギー
効率が悪い。第３実施例の効果は隣り合うＳＭＡプレー
トの初期湾曲形状が反転する様に連結しているので、マ
ニピュレータは常温状態で波形状をとるので、マクロ的
には概直線形状といえる。従って、狭い管に挿入する場
合でも、挿入時にＳＭＡに対して加熱制御を行うことな
く挿入できる。これにより、エネルギーの消費が少なく
てすみ、マイクロマシンに好適な構造といえる。挿入
時、加熱されていないことは、マニピュレータが柔軟な
状態であることを意味し、わずかな障害物に対しては、
特に制御を行わなくてもマニピュレータの柔軟性を利用
して押し込み挿入が可能となる。 （１３）可撓管と、可撓管に取り付けられて可撓管に湾
曲力を付与する形状記憶素子からなる管状マニピュレー
タにおいて、前記可撓管は金属製で表面に電気絶縁性材
料を塗布した複数の関節体を軸方向に互いに回動自在に
連結してなり、前記形状記憶素子は温度変化によって伸
縮する形状記憶合金線であり、通電手段により通電加熱
されるよう接続され、前記形状記憶合金線の両端部には
電気絶縁性を有する支持部材が取り付けられ、該支持部
材と前記可撓管に対して固定され、前記形状記憶合金線
の収縮力を支持部材を介して可撓管に伝達し、可撓管に
湾曲力として付与することを特徴とする管状マニピュレ
ータ。 （１４）前記形状記憶合金線には適当な間隔で電気絶縁
性を有する中間支持部材が取り付けられ、中間支持部材
は前記可撓管に対して固定されていることを特徴とする
（13）項に記載の管状マニピュレータ。 （１５）前記支持部材及び中間支持部材は前記形状記憶
合金を挿通した管状部材であることを特徴とした（13）
または（14）項に記載の管状マニピュレータ。 （１６）前記管状部材はセラミックからなることを特徴
とする（15）項に記載の管状マニピュレータ。 （１７）前記セラミックはアルミナ、ジルコニア、ルビ
ー、サファイア等であることを特徴とする（16）項に記
載の管状マニピュレータ。 （１８）前記中間支持部材は前記関節体の連結位置で固
定支持するクリップ部材であることを特徴とする（16）
項に記載の管状マニピュレータ。 （１９）前記中間支持部材は前記関節体の連結位置で縛
って固定支持する糸状係止部材であることを特徴とする
（14）項に記載の管状マニピュレータ。 （２０）前記中間支持部材は高分子材料からなる事を特
徴とする（14）項に記載の管状マニピュレータ。 （２１）前記高分子材料は、ポリエチレン、ナイロン、
ポリアミド等からなることを特徴とする（20）項に記載
の管状マニピュレータ。

【００９２】そして、前記（13）ないし（21）項にの態
様は、以下のような課題に着目して提供されたものであ
る。医療用のカテーテルや内視鏡等の可撓管あるいは、
ガス配管等の工業用管路の点検修理を行なう工業用内視
鏡の可撓管の中には、複数の屈曲部を有して多自由度の
湾曲動作を行なうことができるものがある。このような
可撓管は、複数の関節体を長手方向に互いに回転自在に
連結してなる可撓管本体を備え、この可撓管本体の内部
に温度変化に応じて長さが収縮・伸長する形状記憶合金
線が配置されている。そして、このような形状記憶合金
線を加熱することで、伸縮動作させて、各関節体が回動
して、湾曲動作を行なうものが提案されている（特願平
５−２６６５０８号出願）。

【００９３】また、形状記憶合金線と可撓性を有する管
状体の外周面を軸方向に配置した構造についても提案さ
れている（特開平３−８６１４２号公報）。さらに、金
属である複数の管状体を回転軸を有するように連結した
構造体の外周面にワイヤガイド部材を設けて、管状体及
びガイド部材表面を絶縁被膜を塗布してガイド内部に形
状記憶合金線を配して、形状記憶合金線を加熱すること
で、湾曲動作をさせるものも、提案されている（特開平
２−２３７５２８号公報）。

【００９４】さらに、可撓性チューブ内に直線形状を有
する超弾性ワイヤと加熱により所定の湾曲形状になる形
状記憶合金材を配して、加熱時、チューブを湾曲させ、
加熱を止めるとチューブを直線状態にもどす構造のもの
も提案されている（特開平１−１６４３４９号公報）。

【００９５】これらの方式にあっては、管状体外周面に
形状記憶合金線を取り付けるようになっているが、管状
体は金属であり、表面に絶縁被膜を塗布することで、形
状記憶合金線と管状体との電気的絶縁を確保している。
しかし、このような方式では、形状記憶合金線の両端部
と管状体との間で力を受けたとき、特に、管状体のエッ
ジ部分において薄いコーティングでは、絶縁の確保に対
して耐久性が余り高いとは言えない。このような点に鑑
み、前記（13）ないし（21）の態様として、金属製の管
状体と形状記憶合金線との電気的絶縁を確実に行ない、
耐久性の高いものを提案するものである。 （２２）管状マニピュレータは、温度変化によって湾曲
形状をとる形状記憶合金部材と、この形状記憶合金部材
の端部に設けた形状記憶合金部材用固定部材とで構成さ
れ、前記形状記憶合金部材の表面に加熱手段を密接して
設け、その加熱手段は内部に分割された複数のヒーター
領域を有していることを特徴とする（第１３の実施例に
対応）。これは１本の形状記憶合金部材に複数の加熱領
域を設けて、多湾曲動作を可能にしたから、従来、１本
の形状記憶合金部材に１つのヒーターを貼り付けて組み
立てていたのに比べ、大幅に組立を簡素化できる。 （２３）前記加熱手段は複数のヒーター部材とこれらヒ
ーター部材に電力を供給する電気配線部材が絶縁樹脂材
料に覆われてなるヒーターユニットである（22）項に記
載の管状マニピュレータ。ヒーターユニットの部分を半
導体製造技術で製作できるので微小化に適し、大量生産
に向く。 （２４）前記ヒーター部材と前記電気配線部材は積層し
てモジュールを形成してなることを特徴とする（22）項
に記載の管状マニピュレータ。これはヒーター層と配線
層を積層したモジュール構成であるので、湾曲動作時に
配線層に異常な変形が生じる可能性がなくなり、安定し
て機能することができる。 （２５）上記加熱手段は前記ヒーターユニットを複数電
気的に接続してなることを特徴とする（２３）に記載の
管状マニピュレータ（第１４の実施例に対応）。これに
よれば長い管状マニピュレータを構成することができ
る。 （２６）前記ＳＭＡは湾曲動作領域と折り曲げ領域を有
し、折り曲げ領域を折り曲げて可撓管に配することで２
自由度を有することを特徴とする（22）に記載の管状マ
ニピュレータ。これによれば、簡易な構成で３次元的に
動作する管状マニピュレータとなる。 （２７）前記管状マニピュレータの端部には作業用ツー
ルを着脱自在に設ける嵌合部と、嵌合部に露出したエネ
ルギー供給端子を有することを特徴とする（22）に記載
の管状マニピュレータ。これによれば、作業用ツールの
交換が容易。汎用性のあるマニピュレータの実現でき
る。 （２８）可撓管と、可撓管に取り付けられて可撓管に湾
曲力を付与する形状記憶合金線からなる管状マニピュレ
ータにおいて、前記可撓管は金属性で表面に電気絶縁性
材料を塗布した複数の関節体を互いに回動自在に連結し
て１つの湾曲部を形成している。前記湾曲部は電気絶縁
性を有する材料からなる連結用構造体によって軸方向に
複数連結される。前記形状記憶合金線は温度変化によっ
て伸縮する特性を持ち、前記形状記憶合金線は通電手段
と電気的接続部を有して、前記接続部を前記連結用構造
体表面に固定してなることを特徴とする管状マニピュレ
ータ（第１６の実施例に対応）。これによれば、複数の
湾曲部を連結しても電気絶縁を確実にできる。 （２９）前記連結用構造体はポリプロピレン、ナイロ
ン、テフロン、ポリエチレン等の高分子材料からなるこ
とを特徴とする（28）項に記載の管状マニピュレータ。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、湾
曲駆動用形状記憶素子部材と可撓管部材との摺動抵抗を
軽減することで、駆動湾曲角のロスを小さくし、作業空
間の広い管状マニピュレータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る管状マニピュレー
タの斜視図。

【図２】前記管状マニピュレータにおける第１の湾曲部
の斜視図。

【図３】前記第１の湾曲部から第２の湾曲部にかけての
部分の側面図。

【図４】前記管状マニピュレータにおけるコイルばねを
軸方向から見た図。

【図５】前記第１の湾曲部から第２の湾曲部にかけての
部分の側面図。

【図６】（ａ）は前記管状マニピュレータにおける固定
用リング部材の前端部分の横断面図、（ｂ）は同じくそ
の固定用リング部材における後端部分の横断面図。

【図７】前記管状マニピュレータにおけるプレートの変
形状態を示す説明図。

【図８】前記管状マニピュレータを湾曲させるときの動
きの説明図。

【図９】前記管状マニピュレータを湾曲させるときの動
きの説明図。

【図１０】本発明の第２の実施例に係る管状マニピュレ
ータの斜視図。

【図１１】管状マニピュレータの駆動をフィードバック
制御する方式のシステム図。

【図１２】前記第４の実施例に係る管状マニピュレータ
の概略図。

【図１３】本発明の第４の実施例に係る管状マニピュレ
ータをプラント配管に挿入して使用する状態を示す使用
説明図。

【図１４】前記第４の実施例に係る管状マニピュレータ
の変形範囲の説明図。

【図１５】本発明の第４の実施例に係る管状マニピュレ
ータの概略図。

【図１６】前記プレートの変形特性を比較するための説
明図。

【図１７】本発明の第５の実施例に係る管状マニピュレ
ータの概略図。

【図１８】本発明の第６の実施例に係る管状マニピュレ
ータの概略図。

【図１９】本発明の第７の実施例に係る管状マニピュレ
ータの斜視図。

【図２０】前記第７の実施例に係る管状マニピュレータ
の管状構造体の展開斜視図。

【図２１】（ａ）は図２０中Ａ−Ａ線に沿う横断面図、
（ｂ）は図２０中Ｂ−Ｂ線に沿う横断面図。

【図２２】前記第７の実施例に係る管状マニピュレータ
の形状記憶線の側面図。

【図２３】前記第７の実施例に係る管状マニピュレータ
における管状構造体の部分の縦断面図。

【図２４】前記管状構造体に対する従前の形状記憶線の
動きを示す説明図。

【図２５】前記第７の実施例に係る管状構造体に対する
形状記憶線の動きを示す説明図。

【図２６】同じくその管状構造体に対する形状記憶線の
動きの詳しい説明図。

【図２７】本発明の第８の実施例における管状構造体の
一端部の斜視図。

【図２８】（ａ）は図２７中Ａ−Ａ線に沿う横断面図、
（ｂ）は図２７中Ｂ−Ｂ線に沿う横断面図。

【図２９】前記管状構造体の両端部に設けた切欠き部の
断面図。

【図３０】本発明の第９の実施例における円筒部材の斜
視図。

【図３１】本発明の第１０の実施例に係る管状マニピュ
レータの斜視図。

【図３２】前記管状マニピュレータの横断面図。

【図３３】本発明の第１１の実施例に係る管状マニピュ
レータの斜視図。

【図３４】本発明の第１２の実施例に係る管状マニピュ
レータの斜視図。

【図３５】第１２の実施例においての管状構造体に対す
る形状記憶合金線の取着構造の説明図。

【図３６】本発明の第１３の実施例に係る管状マニピュ
レータの要部を示す斜視図。

【図３７】同じくその管状マニピュレータの先端のエン
ドエフェクター取付け部分の断面図。

【図３８】同じくその管状マニピュレータにおける、ヒ
ーター層を持つ形状記憶合金板の湾曲作用の説明図。

【図３９】本発明の第１４の実施例に係る管状マニピュ
レータの形状記憶合金板の形成手順の説明図。

【図４０】同じくその管状マニピュレータにおける形状
記憶合金板とヒーターモジュールの組立て体の斜視図。

【図４１】本発明の第１５の実施例の管状マニピュレー
タの連結構造の斜視図。

【図４２】同じくその管状マニピュレータのヒーターモ
ジュールの電極接続構造の斜視図。

【図４３】本発明の第１６の実施例の管状マニピュレー
タの構成の説明図。

【符号の説明】

１…管状マニピュレータ、２，３，４…湾曲部、６…イ
ンナーチューブ、７…コイルばね、８…プレート、９…
固定用リング部材、１０…ヒータ、１１…リード線、１
２…制御用ＩＣ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可撓管と、この可撓管の周面に摺動自在に
   取り付けられてその可撓管に湾曲力を付与する形状記憶
   素子とからなる管状マニピュレータにおいて、 前記形状記憶素子が摺接する可撓管の摺動面に凹凸を設
   けたことを特徴とする管状マニピュレータ。