JPH08243974A - 湾曲マニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構造で自在に湾曲動作ができ、しかも、
組立性が良好で微小化が可能な湾曲マニピュレータの提
供を目的としている。 【構成】本発明の湾曲マニピュレータ１は、両端部に球
状の連結部４０を有する雄部材２と、この雄部材２の連
結部４０を回転自在に保持可能な球面状の保持穴を両端
部に有する雌部材３とから成り、雄部材２と雌部材３と
を長手方向に交互に連結することによって構成される構
造体５０と、構造体５０の長手方向に沿って配置され、
加熱されることによってその形状が変化する形状記憶合
金部材６と、形状記憶合金部材６を変形させ、その変形
力によって構造体５０を湾曲させる湾曲手段５５とを具
備している。

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使用される
湾曲動作可能な湾曲マニピュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、狭く曲がりくねった配管の内部に
挿入され、所望の湾曲動作を行なうことができる管状の
マニピュレータが各種分野で数多く開発されている。こ
うした湾曲マニピュレータとしては、例えば、医療用も
しくは工業用として使用されている内視鏡の湾曲部（湾
曲機構）を例に挙げることができる。

【０００３】すなわち、内視鏡は、一般に、その湾曲部
を複雑に湾曲動作させながら狭い場所や曲がりくねった
管の内部に挿入されて、その内部の観察を行なうことが
できる。湾曲動作を行なう前記湾曲部としては、ある種
の構造体に形状記憶合金線材を配設し、この形状記憶合
金線材を加熱制御することにより伸縮動作させて、前記
構造体を湾曲動作させる構造のものが知られている。

【０００４】形状記憶合金線材の伸縮動作によって湾曲
する構造体は、例えば、特公平６−７５５６５号公報に
示されるように、複数の関節駒を枢支ピン（リベット）
を介して回動自在に連結することによって構成される。
そして、この構造体にはその全長にわたって形状記憶合
金線材が配設されており、形状記憶合金線材を加熱制御
することにより伸縮動作させると、枢支ピンを中心に各
関節駒が回動して構造体が湾曲動作するものである。

【０００５】また、特開昭６０−１７２４８８号公報に
開示される構造体は、複数のアーム部が球面形状の凹凸
部を有する球状リンク（自在継手）を介して接続される
ことによって構成される。そして、この球状リンクの外
周部に形状記憶合金が配設されており、加熱冷却による
形状記憶合金の伸縮動作によって、各アーム部が球状リ
ンク（自在継手）を関節として屈曲して構造体が湾曲動
作するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、形状記憶
合金線材が配設される構造体は、複数の関節駒を枢支ピ
ン（リベット）を介して回動自在に連結する連結体であ
ったり、或いは、複数のアーム部を球状リンク（自在継
手）を介して接続するアーム体であったり、その機構は
様々である。

【０００７】しかし、従来から存在するこのような構造
体は、前記２つの従来例に代表されるように、その機構
が非常に複雑である。すなわち、前記特公平６−７５５
６５号公報に示される構造体は、関節駒を加工後、例え
ばリベット打ちすることで関節駒を１つ１つ連結して構
造体を形成するため、組立性が非常に悪く、したがっ
て、微小化が困難であった。

【０００８】また、前記特開昭６０−１７２４８８号公
報に示される構造体は、複数のアーム部を組み合わせる
構成であることに加え、関節部分（連結継手部分）に引
張力を加えると容易に抜けてしまう構成であるため、弾
性力を付与して押さえ込んだ構造とする必要があり、そ
の機構が極めて複雑で組立性が非常に悪い。

【０００９】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、簡単な構造で自在に
湾曲動作ができ、しかも、組立性が良好で微小化が可能
な湾曲マニピュレータを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決する手段】上記課題を解決するために、本
発明の湾曲マニピュレータは、両端部に球状の連結部を
有する雄部材と、この雄部材の前記連結部を回転自在に
保持可能な球面状の保持穴を両端部に有する雌部材とか
ら成り、前記雄部材と前記雌部材とを長手方向に交互に
連結することによって構成される構造体と、前記構造体
の長手方向に沿って配置され、加熱されることによって
その形状が変化する形状記憶合金部材と、前記形状記憶
合金部材を変形させ、その変形力によって前記構造体を
湾曲させる湾曲手段とを具備している。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、構造体を簡単に組み立てる
ことができ、形状記憶合金部材によって構造体を自在に
湾曲させることができる。特に、構造体の組立てに際し
てリベット打ち等の複雑な作業を行なわないで済むた
め、組立性が良好である。したがって、微小化が可能と
なる。また、雄部材の連結部が雌部材の保持穴に保持さ
れることによって雄部材と雌部材とが強固に連結され
る。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例につ
いて説明する。図１ないし図８は本発明の第１の実施例
を示すものである。図１は本実施例の湾曲マニピュレー
タ１の全体構成を示している。図示のように、マニピュ
レータ１は、長尺な構造体５０の外周にこの構造体５０
を湾曲動作させるアクチュエータユニット５５を一体的
に取り付けて成る複数の湾曲体１ａ，１ｂ…を長手方向
に連結することによって構成される。

【００１３】図２に示すように、各湾曲体１ａ，１ｂ…
の芯材を形成する構造体５０は、雄部材２…と雌部材３
…とを交互に連結する（雌部材３，３間に雄部材２を配
置する）ことによって構成され、その連結部がボールジ
ョイント４０により３６０°の自由度で回動できるとと
もに、部材２，３同志が互いに抜けない構造となってい
る。

【００１４】すなわち、雄部材２は、図３の（ａ）に示
す同一形状の半体２ａ，２ｂ同志を互いに接合すること
によって形成される。図示のように、半体２ａ，２ｂ
は、半円筒状の胴体部３１と、胴体部３１の両側に設け
られボールジョイント４０を形成する半球状の連結部３
０，３０と、胴体部３１と連結部３０，３０とを接続す
る半円筒状の首部３２，３２とから成る。この場合、首
部３２，３２の径は連結部３０，３０の径よりも小さく
形成されている。また、半体２ａ，２ｂには、その平ら
な面側の軸心部に、全長にわたってＵ字状の溝３３が設
けられている。

【００１５】一方、雌部材３は、図３の（ｂ）に示す同
一形状の半体３ａ，３ｂ同志を互いに接合することによ
って形成される。図示のように、半体３ａ，３ｂは半円
筒状を成しており、半体３ａ，３ｂの両端部には雄部材
２の半体２ａ，２ｂの連結部３０，３０（ボールジョイ
ント４０）を受ける略円錐台形状のテーパー溝部３５，
３５が設けられている。これら両端部の溝部３５，３５
同志は半体３ａ，３ｂの中央部に設けられたＵ字状の溝
３６によって連通している。

【００１６】また、溝部３５，３５の最小径、すなわ
ち、半体３ａ，３ｂの端縁部に位置する溝部３５，３５
の出口径は、雄部材２の半体２ａ，２ｂの連結部３０，
３０の径よりも小さく、且つ、首部３２，３２の径より
も大きくなっている。したがって、後述するように、雌
部材３の半体３ａ，３ｂの溝部３５，３５に雄部材２の
半体２ａ，２ｂの連結部３０，３０を嵌め込んだ状態
で、半体２ａ，２ｂ同志及び半体３ａ，３ｂ同志を接合
させると、雄部材２のボールジョイント４０が雌部材３
に強固に連結されて雌部材３に対する雄部材２の抜けが
防止されるとともに、雌部材３に対して雄部材２が所定
の角度で多方向に回動することができる。

【００１７】なお、雄部材２及び雌部材３は、ＭＩＭ(M
etal Iujection Molding :金属粉体射出成形）により加
工された金属部品であり、それぞれの部材２，３の表面
には、例えばフッ素樹脂、テフロン、シリコン、パリレ
ン、ポリイミド、セラミックス等の電気絶縁性を有する
コーティング材が被覆されている。

【００１８】一方、構造体５０の外周に一体的に取り付
けられ構造体５０を湾曲動作させるアクチュエータユニ
ット５５は、図５のように構成されている。すなわち、
アクチュエータユニット５５は、構造体５０の両端に位
置する雌部材３の端部外周に嵌着される固定部材４，４
と、固定部材４，４間に掛け渡された形状記憶合金線
（以下、ＳＭＡワイヤという。）６と、雄部材２もしく
は雌部材３の外周に嵌着され固定部材４，４間でＳＭＡ
ワイヤ６をガイドする複数のガイド部材５…とから成
る。

【００１９】図４の（ａ）に示すように、ガイド部材５
は、環状に形成されており、その内径が雄部材２及び雌
部材３の外周に嵌合可能な大きさになっている。また、
ガイド部材５には、ＳＭＡワイヤ６を挿通可能な一対の
ワイヤ挿通孔２０ａ，２０ｂが互いに近接して設けられ
ている。なお、固定部材４，４間でＳＭＡワイヤ６をガ
イドするガイド部材５は、例えば、構造体５０を構成す
る雄部材２と雌部材３の個数分だけ設けられる。

【００２０】また、図４の（ｂ）に示すように、固定部
材４は、筒状に形成されており、その内径が雌部材３の
外周に嵌合可能な大きさになっている。また、固定部材
４には、ＳＭＡワイヤ６を挿通可能な一対のワイヤ挿通
孔２１ａ，２１ｂが互いに近接して設けられている。ま
た、一対のワイヤ挿通孔２１ａ，２１ｂと略軸対称な部
位には別個に一対のワイヤ挿通孔２２ａ，２２ｂが設け
られている。なお、図１に示すように、湾曲マニピュレ
ータ１の最も先端に位置する固定部材４には、ワイヤ挿
通孔２２ａ，２２ｂを設けなくても良い。

【００２１】図５に示すように、固定部材４，４間に掛
け渡されるＳＭＡワイヤ６は、基端側固定部材４（４
ｂ）のワイヤ挿通孔２１ａと各ガイド部材５…のワイヤ
挿通２０ａ…とに通され、先端側固定部材４（４ａ）の
ワイヤ挿通孔２１ａに通されて折り返された後、先端側
固定部材４（４ａ）のワイヤ挿通孔２１ｂと各ガイド部
材５…のワイヤ挿通２０ｂ…と基端側固定部材４（４
ｂ）のワイヤ挿通孔２１ｂとに通されている。つまり、
ガイド部材５…と固定部材４，４とがＳＭＡワイヤ６に
よって連結されて一体型のアクチュエータユニットが構
成されている。

【００２２】この場合、ＳＭＡワイヤ６は、先端側固定
部材４（４ａ）の先端部と基端側固定部材４（４ｂ）の
基端部とに対して接着または溶着等により固定されてお
り、また、ＳＭＡワイヤ６とガイド部材５とは固定され
ずに、ガイド部材５がＳＭＡワイヤ６に沿って移動でき
るようになっている。

【００２３】なお、ＳＭＡワイヤ６は、加熱すると収縮
し、冷却すると伸長する２方向性のものである。また、
基端側固定部材４（４ｂ）のワイヤ挿通孔２１ａ，２１
ｂに通されたＳＭＡワイヤ６の両端部にはＳＭＡワイヤ
６を通電加熱するためのリード線７が接続部材２５を介
して接続されている。また、固定部材４とガイド部材５
は例えばセラミックス、テフロン、ポリプロピレン、シ
リコン等の絶縁性を有する材質によって形成されてい
る。

【００２４】次に、湾曲体１ａ，１ｂ…を形成する方法
について説明する。まず、湾曲体１ａ，１ｂ…の芯材で
ある構造体５０を形成する方法について説明する。

【００２５】始めに、雄部材２の半体２ａ，２ｂと雌部
材３の半体３ａ，３ｂとをＭＩＭにより射出成形する。
金属粉体と有機バインダとの混練物である成形材料とし
てのコンパウンドは、雄部材半体２ａ，２ｂと雌部材半
体３ａ，３ｂとで同一のものを用いる。すなわち、金属
粉体として８０〜９０ｗｔ％のＳＵＳ３１６Ｌ粉末、有
機バインダとして７〜１７ｗｔ％のＰＭＭＡ、１．５〜
２ｗｔ％のワックス、０．５〜１ｗｔ％のステアリン酸
をそれぞれ成分として、これらを混練した後、ペレット
状に造粒したものをコンパウンドとする。

【００２６】雌部材半体３ａ，３ｂと雄部材半体２ａ，
２ｂとをそれぞれ射出成形したら、雌部材半体３ａ，３
ｂに対して摺動する雄部材半体２ａ，２ｂの部分、すな
わち、雄部材半体２ａ，２ｂの連結部３０と首部３２と
に分離剤９（図６に二点鎖線で示す）を塗布しておく。
この分離剤９は、セラミックス粉末（平均粒径１ミクロ
ンの立方晶窒化ホウ素（ｃーＢＮ）粉末）を合成樹脂塗
料（顔料を含まないアクリル系ラッカー）に分散したも
のを溶剤にて希釈したもので、連結部３０と首部３２と
に対してスプレーにより吹き付けられる。

【００２７】分離剤９を塗布して乾燥させた後、図６に
矢印で示すように、雌部材半体３ａ，３ｂの溝部３５，
３５に雄部材半体２ａ，２ｂの球状連結部３０，３０を
嵌め込んだ状態で、半体２ａ，２ｂ同志及び半体３ａ，
３ｂ同志を張り合わせる。そして、こうした張り合わせ
を繰り返し行なって、雄部材２と雌部材３とを必要な数
だけ連結する。

【００２８】このような状態に張り合わせて組み付けら
れたものを３６０°Ｃの大気雰囲気中で２．５時間脱脂
した後、昇温速度５°Ｃ／min で１２００°Ｃまで昇温
して、３時間保持し、炉内で放冷して焼結させる。これ
によって、雄部材半体２ａ，２ｂ同志及び雌部材半体３
ａ，３ｂ同志が焼結により互いに溶着されて構造体５０
が形成されるとともに、雄部材半体２ａ，２ｂと雌部材
半体３ａ，３ｂとの摺動部分は分離剤９によって分離さ
れるため溶着されない。

【００２９】次に、以上のようにして形成された構造体
５０に対して、予め別体として形成された図５に示すア
クチュエータユニット５５を一体的に組み付ける。すな
わち、アクチュエータユニット５５を構成する固定部材
４…とガイド部材５…のそれぞれの内孔に構造体５０を
挿通させる。そして、構造体５０の先端に位置する雌部
材３の先端部と先端側固定部材４ａの基端部とを接着
し、構造体５０の基端に位置する雌部材３の基端部と基
端側固定部材４ｂの先端部とを接着する。また、ＳＭＡ
ワイヤ６に対して摺動自在な各ガイド部材５…は、構造
体５０を構成するそれぞれの雄部材２及び雌部材３の外
周に接着固定される。この場合、ＳＭＡワイヤ６とガイ
ド部材５…とが固定されずにガイド部材５がＳＭＡワイ
ヤ６に沿って移動できるようになっているため、組み付
けが容易である。

【００３０】このようにして、ＳＭＡワイヤ６が固定部
材４…及びガイド部材５…を介して構造体５０の全長に
わたって取り付けられ、湾曲体１ａが形成される。ま
た、湾曲体１ａに連なる他の湾曲体１ｂ…も同様にして
形成される。

【００３１】なお、第１の湾曲体１ａに第２の湾曲体１
ｂを連結する場合には、第１の湾曲体１ａの基端側固定
部材４ｂの基端部と第２の湾曲体１ｂの先端の雌部材３
とを接着固定する。また、この時、第１の湾曲体１ａに
配設されるＳＭＡワイヤ６と第２の湾曲体１ｂに配設さ
れるＳＭＡワイヤ６とが構造体５０の軸心に対して略対
称に配置されるようにする。すなわち、この場合、第２
の湾曲体１ｂに配設されるＳＭＡワイヤ６は、第１の湾
曲体１ａの基端側固定部材４ｂのワイヤ挿通孔２２ａ，
２２ｂに挿通された状態で配置されるとともに、第２の
湾曲体１ｂのガイド部材５…は、第１の湾曲体１ａのガ
イド部材５…を略１８０度回転させたような状態で配置
され、基端側固定部材４ｂのワイヤ挿通孔２２ａ，２２
ｂに挿通されたＳＭＡワイヤ６の各端部が第２の湾曲体
１ｂのガイド部材５…のワイヤ挿通孔２０ａ，２０ｂ
（図１では、下側に位置する）にそれぞれ挿通される。

【００３２】次に、上記構成の湾曲マニピュレータ１の
動作について説明する。ボールジョイント４０によって
連結された雄部材２と雌部材３の連結部の湾曲態様が図
７に示されている。図７の（ａ）は連結部が図面の向こ
う側へ湾曲した状態を、図７の（ｂ）は連結部が下側へ
湾曲した状態を、図７の（Ｃ）は連結部が図面の手前側
へ湾曲した状態を、図７の（ｄ）は連結部が上側へ湾曲
した状態をそれぞれ示している。このように、連結部は
ボールジョイント４０の作用によって３６０°自在に曲
がることが可能である。

【００３３】したがって、各連結部（関節部）がこのよ
うに３６０°自在に屈曲可能であることから、リード線
７を介して第１の湾曲体１ａに配設されたＳＭＡワイヤ
６を変態点（Ａs 点）以上に通電加熱すると、ＳＭＡワ
イヤ６の長さが収縮しはじめ、第１の湾曲体１ａが図８
に示すように図中上側に湾曲を開始して、変態点（Ａf
点）まで湾曲する。温度Ａs からＡf まで段階的に湾曲
できる。この状態でＳＭＡワイヤ６への通電を止める
と、ＳＭＡワイヤ６が自然冷却されて元の長さに戻り、
第１の湾曲体１ａが直線形状になる。また、第２の湾曲
体１ｂに配設されたＳＭＡワイヤ６を通電加熱すると、
第２の湾曲体１ｂが図中下側に湾曲する。

【００３４】なお、本実施例では、各湾曲体１ａ，１
ｂ，１ｃ…上に配置されているそれぞれのＳＭＡワイヤ
６…を選択的に加熱できるようになっている。したがっ
て、湾曲マニピュレータ１に複雑な湾曲動作を行なわし
めることができる。さらに、本実施例では、各湾曲体１
ａ、１ｂ…の湾曲量を制御できるようになっている。そ
のため、各ＳＭＡワイヤ６…の抵抗値をモニターするこ
とにより各ＳＭＡワイヤ６…の湾曲量を制御できる制御
部（図示しない）が設けられる。

【００３５】以上説明したように、本実施例の湾曲マニ
ピュレータ１は、簡単な構造によって自在に湾曲するこ
とができるとともに、構造体５０の組立てに際してリベ
ット打ち等の複雑な作業を行なわないで済むため、組立
性が良好である。したがって、微小化が可能である。

【００３６】また、雄部材２と雌部材３とが強固に連結
されるため、自在継手のごとく、互いの外れを防止する
ために弾性力を付与するという複雑な手段を講じる必要
もなくなる。

【００３７】また、本実施例の湾曲マニピュレータ１
は、アクチュエータユニット５５を構造体５０に対して
容易に着脱できるため、小型化に適し、アクチュエータ
ユニットが疲労して性能が落ちた場合にはこれを容易に
取り換えることができる。

【００３８】さらに、構造体５０がＭＩＭにより型成形
されるため、構造体５０を複雑な形状に形成することも
できる。また、型成形であるため、大量生産ができ、コ
ストの低減を図ることができる。

【００３９】図９及び図１０は本発明の第２の実施例を
示すものである。図９に示すように、本実施例の湾曲マ
ニピュレータ１２は、第１の実施例と同一構成の構造体
５０の長手方向の所定の位置にＳＭＡワイヤ６を配設
し、このＳＭＡワイヤ６を加熱する線状ヒータ１５（１
５ａ，１５ｂ，１５ｃ…）を構造体５０の構成部材であ
る雄部材２と雌部材３の外周に巻き付けて構成されてい
る。

【００４０】この構成では、図９に示すように、温度変
化によって伸縮する２本のＳＭＡワイヤ６ａ，６ｂが構
造体５０の長手方向に沿って並列に配置されている。各
ＳＭＡワイヤ６ａ，６ｂは、その位置関係が左右対称と
なるように、雄部材２と雌部材３の１つ１つに対して個
々に溶接されている。なお、溶接部が添字１４を付した
スポットで示されている。

【００４１】また、各ＳＭＡワイヤ６ａ，６ｂは、構造
体５０の先端側においては構造体５０の上側部位に配置
されているが、途中の雌部材３ａの位置で下方に折り曲
げられた状態に溶接されて、その配設位置が構造体５０
の下側部位に変更されている。

【００４２】さらに、構造体５０の下側部位に配設され
た各ＳＭＡワイヤ６ａ，６ｂは、その基端側の雌部材３
ｂの位置で上方に折り曲げられた状態に溶接されて、そ
の配設位置が元の上側部位に戻されている。このような
配設状態の変更は、それ以降、構造体５０の全長にわた
って繰り返される。これによって、ＳＭＡワイヤ６ａ，
６ｂの配設状態が変更されるまでの各区間がそれぞれ湾
曲体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…を形成する。すなわち、
最先端の雌部材３から途中の雌部材３ａまでの区間が第
１の湾曲体１２ａを形成し、雌部材３ａから次の変更点
である雌部材３ｂまでの区間が第２の湾曲体１２ｂを形
成し、雌部材３ｂ以降の各区間が第３の湾曲体１２ｃ、
第４の湾曲体１２ｄ……を形成する。

【００４３】なお、図１０は、各湾曲体１２ａ，１２ｂ
…を正面から見た際のＳＭＡワイヤ６の配置状態を示し
ている。すなわち、図１０の（ａ）は第１の湾曲体１２
ａにおける配置状態を、図１０の（ｂ）は第２の湾曲体
１２ｂにおける配置状態を、図１０の（ｃ）は第３の湾
曲体１２ｃにおける配置状態をそれぞれ示している。

【００４４】また、各湾曲体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…
には別個に線状ヒータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…が巻装
されている。これらの線状ヒータ１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ…は、左右のＳＭＡワイヤ６ａ，６ｂを外側から一体
的に取り囲んでＳＭＡワイヤ６ａ，６ｂを同時に加熱す
る。また、各線状ヒータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…は図
示しない通電制御装置に接続されており、線状ヒータ１
５ａ，１５ｂ，１５ｃ…を選択的に発熱させることがで
きるようになっている。

【００４５】なお、第１の湾曲体１２ａの外周に巻装さ
れる線状ヒータ１５ａが図中実線で示され、第２の湾曲
体１２ｂの外周に巻装される線状ヒータ１５ｂが図中破
線で示され、第３の湾曲体１２ｃの外周に巻装される線
状ヒータ１５ｃが図中一点鎖線で示されている。

【００４６】以上のように構成された湾曲マニピュレー
タ１２は、その構造体５０の各連結部（関節部）が３６
０°自在に屈曲可能であることから、第１の線状ヒータ
１５ａに通電してこの線状ヒータ１５ａを発熱させる
と、第１の湾曲体１２ａに配設されたＳＭＡワイヤ６が
変態点（Ａs 点）以上となり、ＳＭＡワイヤ６の長さが
収縮しはじめて、変態点（Ａf 点）まで収縮する。そし
て、構造体５０上のＳＭＡワイヤ６の各溶接部１４間の
長さがそれぞれ短くなり、連結部の各部が曲がって、第
１の湾曲体１２ａが図中上側に湾曲する。この時、温度
Ａs からＡf まで段階的に湾曲できる。

【００４７】この状態で第１の線状ヒータ１５ａへの通
電を止めると、線状ヒータ１５ａの温度が下がり、ＳＭ
Ａワイヤ６が自然冷却されて元の長さに戻り、第１の湾
曲体１２ａが直線形状になる。このようにして、各湾曲
体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…上のそれぞれの線状ヒータ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…を選択的に発熱させること
で、各湾曲体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…の湾曲動作を行
なって、全体として複雑な湾曲動作を行なうことができ
る。

【００４８】以上説明したように、本実施例の湾曲マニ
ピュレータ１２は、簡単な構造によって自在に湾曲する
ことができるとともに、構造体５０の組立てに際してリ
ベット打ち等の複雑な作業を行なわないで済むため、組
立性が良好である。したがって、微小化が可能である。

【００４９】また、構造体５０がＭＩＭにより型成形さ
れるため、構造体５０を複雑な形状に形成することもで
きる。また、型成形であるため、大量生産ができ、コス
トの低減を図ることができる。

【００５０】さらに、ＳＭＡワイヤ６が線状ヒータ１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ…によって間接的に加熱されるた
め、構造体５０に対して絶縁コーティングを施す必要が
なく、作業が簡易化される。

【００５１】また、構造体５０に対してＳＭＡワイヤ６
を溶接により直接に取り付けるため、強度が強く、正確
な取り付けが可能であり、精度の良いマニピュレータを
製作することができる。

【００５２】図１１及び図１２は本発明の第３の実施例
を示すものである。本実施例の湾曲マニピュレータは、
第１の実施例においてＳＭＡワイヤ６とリード線７とを
接続する接続部２５を固定部材４に対して固定する固定
手段を備えている。なお、固定手段以外の構成は第１の
実施例と同一であるため、以下、固定手段のみについて
説明することとする。

【００５３】アクチュエータユニット５５を構成する固
定部材４は、その外周面に切欠部６０を有している。切
欠部６０の具体的な形状が図１１及び図１２の（ｃ）に
示されている。この構成では、切欠部６０に接続部２５
が配置された状態でその上から接着剤が盛られ、接続部
２５が固定部材４に対して固定される。これによれば、
ＳＭＡワイヤ６とリード線７との接続部２５によってマ
ニピュレータ１の外径が太くなってしまうことを防止で
きるとともに、接続部２５をしっかり固定することがで
きるため、信頼性が高くなる。

【００５４】図１３及び図１４は本発明の第４の実施例
を示すものである。図１４に示すように、本実施例の湾
曲マニピュレータ７０は、第１の実施例と同一構成の構
造体５０に対して図１３に示すアクチュエータユニット
７５を一体的に組み付けることにより形成される各湾曲
体７０ａ，７０ｂ…を長手方向に連ねて構成されてい
る。

【００５５】図１３に示すように、アクチュエータユニ
ット７５は、２つの固定部材４，４の間にコイル１７を
架設して成るものである。また、固定部材４，４間には
ＳＭＡワイヤ６が掛け渡されている。このＳＭＡワイヤ
６は、基端側固定部材４（４ｂ）のワイヤ挿通孔２１ａ
に通され、先端側固定部材４（４ａ）のワイヤ挿通孔２
１ａに通されて折り返された後、先端側固定部材４（４
ａ）のワイヤ挿通孔２１ｂと基端側固定部材４（４ｂ）
のワイヤ挿通孔２１ｂとに通されている。

【００５６】この場合、ＳＭＡワイヤ６は、先端側固定
部材４（４ａ）の先端部と基端側固定部材４（４ｂ）の
基端部とに対して接着または溶着等により固定されてい
る。そして、基端側固定部材４（４ｂ）のワイヤ挿通孔
２１ａ，２１ｂに通されたＳＭＡワイヤ６の両端部には
ＳＭＡワイヤ６を通電加熱するためのリード線７が接続
部材２５を介して接続されている。

【００５７】この構成では、コイル１７は、固定部材
４，４間でＳＭＡワイヤ６をガイドし且つＳＭＡワイヤ
６を構造体５０の外周上に保持する役目を果たす。な
お、コイル１７は、金属巻線に絶縁コーティングを施し
たものや、セラミックス等の絶縁性を有する材質によっ
て形成されている。

【００５８】本実施例の構成は、第１の実施例のアクチ
ュエータユニット５５からガイド部材５…を取り除くこ
とによって部品点数を少なくしたため、第１の実施例に
比べて組立性が良好となる。

【００５９】なお、以上説明してきた態様により、以下
の項で示す各種の構成が得られる。 １．両端部に球状の連結部を有する雄部材と、この雄部
材の前記連結部を回転自在に保持可能な球面状の保持穴
を両端部に有する雌部材とから成り、前記雄部材と前記
雌部材とを長手方向に交互に連結することによって構成
される構造体と、前記構造体の長手方向に沿って配置さ
れ、加熱されることによってその形状が変化する形状記
憶合金部材と、前記形状記憶合金部材を変形させ、その
変形力によって前記構造体を湾曲させる湾曲手段とを具
備することを特徴とする湾曲マニピュレータ。

【００６０】２．前記湾曲手段は、前記形状記憶合金部
材を通電加熱させる加熱制御手段を有し、前記構造体の
表面に電気絶縁材料がコーティングされていることを特
徴とする第１項に記載の湾曲マニピュレータ。

【００６１】３．前記湾曲手段は、前記形状記憶合金部
材の近傍に設けられた抵抗発熱体を有していることを特
徴とする第１項に記載の湾曲マニピュレータ。 ４．前記抵抗発熱体は、前記形状記憶合金部材を外側か
ら取り囲むように前記構造体の外周に巻装される線状の
ヒータであることを特徴とする第３項に記載の湾曲マニ
ピュレータ。

【００６２】５．前記形状記憶合金部材は、前記構造体
に取り付けられるガイド手段によって、前記構造体の長
手方向に沿って配置されることを特徴とする第１項に記
載の湾曲マニピュレータ。

【００６３】６．前記ガイド手段は、前記構造体の外径
よりも大きい内径を有する環状部材であり、前記形状記
憶合金部材を挿通可能な挿通孔を有していることを特徴
とする第５項に記載の湾曲マニピュレータ。

【００６４】７．前記ガイド手段が螺旋状のコイル部材
であることを特徴とする第５項に記載の湾曲マニピュレ
ータ。 ８．前記ガイド手段が電気的絶縁性を有する絶縁材料に
よって形成されていることを特徴とする第５項に記載の
湾曲マニピュレータ。

【００６５】９．前記絶縁材料がセラミックス、テフロ
ン、ポリウレタン、ポリプロピレン、シリコン等の少な
くともいずれか１つであることを特徴とする第８項に記
載の湾曲マニピュレータ。

【００６６】１０．前記ガイド手段は、金属によって形
成され、その表面に電気絶縁材料がコーティングされて
いることを特徴とする第５項に記載の湾曲マニピュレー
タ。 １１．前記電気絶縁性のコーティング材がフッ素樹脂、
テフロン、シリコン、パリレン、ポリイミド、セラミッ
クス等からなることを特徴とする第２項または第１０項
に記載の湾曲マニピュレータ。

【００６７】１２．前記形状記憶合金部材は、温度変化
に応じて伸縮する２方向性を示す形状記憶合金材である
ことを特徴とする第１項に記載の湾曲マニピュレータ。 １３．前記形状記憶合金部材は、温度変化に応じて曲げ
形状および直線形状を呈する２方向性を示す形状記憶合
金材であることを特徴とする第１項に記載の湾曲マニピ
ュレータ。

【００６８】１４．前記形状記憶合金は、温度変化に応
じて可逆的に形状を変える全方位型の形状記憶合金材で
あることを特徴とする第１項に記載の湾曲マニピュレー
タ。 １５．円筒状の湾曲部品を複数個連結した湾曲構造体
と、前記湾曲構造体の長手方向に対して配置した形状記
憶合金と、前記形状記憶合金を加熱する加熱手段とを有
する管状マニピュレータにおいて、前記湾曲部品は金属
粉体と有機バインダとの混練物からなり、その形状が半
円筒状で２つを重ね合わせて両端部が球状である雄型部
材と両端部が球面上の穴部を有する雌型部材とを交互に
連結してなり、焼結前に、前記雄型部材同士および前記
雌型部材同士をそれぞれ接触させ、雄型部材と雌型部材
の連結部には互いを非接触とする分離材を塗布して焼結
した構造体であることを特徴とする管状マニピュレー
タ。 １６．前記雄型部材の球状部の外径は前記雌型部材の溝
部の内径より大きいことを特徴とする第１５項に記載の
管状マニピュレータ。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の湾曲マニピ
ュレータは、簡単な構造で自在に湾曲動作ができ、しか
も、組立性が良好で微小化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る湾曲マニピュレー
タの全体構成を示す斜視図である。

【図２】図１の湾曲マニピュレータを構成する構造体の
湾曲状態を示す断面図である。

【図３】（ａ）は図２の構造体を構成する雄部材の半体
の斜視図、（ｂ）は図２の構造体を構成する雌部材の半
体の斜視図である。

【図４】（ａ）は図１の湾曲マニピュレータのアクチュ
エータユニットを構成するガイド部材の斜視図、（ｂ）
はアクチュエータユニットを構成する固定部材の斜視図
である。

【図５】アクチュエータユニットの全体構成を示す斜視
図である。

【図６】雄部材と雌部材とを連結する方法を示す断面図
である。

【図７】雄部材と雌部材との連結部の屈曲状態を示す図
である。

【図８】図１の湾曲マニピュレータの湾曲動作状態を示
す図である。

【図９】本発明の第２の実施例に係る湾曲マニピュレー
タの全体構成を示す斜視図である。

【図１０】（ａ）は図９の湾曲マニピュレータの第１の
湾曲体におけるＳＭＡワイヤの配置状態を示す正面図、
（ｂ）は第２の湾曲体におけるＳＭＡワイヤの配置状態
を示す正面図、（ｃ）は第３の湾曲体におけるＳＭＡワ
イヤの配置状態を示す正面図である。

【図１１】本発明の第３の実施例に係る湾曲マニピュレ
ータの固定部材付近の斜視図である。

【図１２】（ａ）は図１１の固定部材の正面図、（ｂ）
は図１１の固定部材の側面図、（ｃ）は図１１の固定部
材の背面図である。

【図１３】本発明の第４の実施例に係る湾曲マニピュレ
ータのアクチュエータユニットの斜視図である。

【図１４】本発明の第４の実施例に係る湾曲マニピュレ
ータの全体構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，１２，７０…湾曲マニピュレータ、２…雄部材、３
…雌部材、６…ＳＭＡワイヤ（形状記憶合金部材）、１
５…線状ヒータ（湾曲手段）、５０…構造体、５５，７
５…アクチュエータユニット（湾曲手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端部に球状の連結部を有する雄部材
   と、この雄部材の前記連結部を回転自在に保持可能な球
   面状の保持穴を両端部に有する雌部材とから成り、前記
   雄部材と前記雌部材とを長手方向に交互に連結すること
   によって構成される構造体と、 前記構造体の長手方向に沿って配置され、加熱されるこ
   とによってその形状が変化する形状記憶合金部材と、 前記形状記憶合金部材を変形させ、その変形力によって
   前記構造体を湾曲させる湾曲手段と、 を具備することを特徴とする湾曲マニピュレータ。