JPH08510024A - 空間的に分布配置された形状記憶合金アクチュエータを有するフィルム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＳＭＡ（形状記憶合金）アクチュエータ素子（１０５）と、関連する制御駆動回路とを含む可撓性を有するＶＬＳＩフィルムが、可撓性を有するチューブ、カテーテルなどの柔軟な部材に巻回されている。従って、ＳＭＡアクチュエータ素子（１０５）は、柔軟な部材の周囲に間隔を置いて配置されている。ＳＭＡアクチュエータ素子（１０５）は、関連するデコード及び駆動回路から供給される電流によって選択的に抵抗加熱され、フィルムの一部分を収縮させる。ＳＭＡアクチュエータ素子（１０５）が適切に活性化された時、ＶＬＳＩフィルムに包まれたデバイスが、三次元空間で、従来では不可能であった非常に迅速かつ精巧に操縦されるように、ＶＬＳＩフィルムの表面にＳＭＡアクチュエータ素子（１０５）が配置されている。制御回路、デコード回路及び位置マッピング手段を含む関連するマイクロプロセッサが、ＳＭＡアクチュエータ素子と一体的にＶＬＳＩフィルム内に設けられており、ＳＭＡアクチュエータ素子は自動的にガイドされる。代わりに、マイクロプロセッサが離れた位置に配置され、ＶＬＳＩフィルムと関連する駆動回路と接続されても良い。

Description

【発明の詳細な説明】 空間的に分布配置された形状記憶合金アクチュエータを有するフィルム背景 本発明は形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータに関するものである。特に、 本発明は、薄い可撓性を有する基板上に、複数のＳＭＡアクチュエータ素子を関 係する制御及び駆動回路と共に、超ＬＳＩ（ＶＬＳＩ）技術を用いて設けた、空 間的に分布配置されたＳＭＡアクチュエータを有するフィルムに関する。 従来の、形状記憶合金アクチュエータを組み込んだ操縦可能なカテーテルのよ うな操縦可能な部材は、特殊な合金の特性を基礎としており、それは高温に於け るオーステナイト相から、低温での可撓性を有するいわゆるマルテンサイト相へ の微小構造の変態を起こすというものである。このような合金で最も一般的で重 要なものの１つは、チタン及びニッケル（ＴｉＮｉ）の組成が４９対５１のもの である。相変態が発生する温度は活性化温度と呼ばれている。前記の組成の合金 に於いては、それはほぼ７０℃である。低温領域に於いては、ＳＭＡアクチュエ ータは可撓性を有し、３，０００ＭＰａのヤング率を示す。この状態に於いて、 形状記憶合金はその形状記憶特性を損なうことなく、いかなる方向にでも最大５ ％変形され得る。一旦活性化温度を超える温度にまで加熱されると、撓曲自在な マルテン サイト相から堅く柔軟でない（６９００ＭＰａ）オーステナイト相または親相（ ｐａｒｅｎｔ ｐｈａｓｅ）への相変態が起こる。即ち、形状記憶合金材料が過 剰に変形されたり、または過度に一定の形を強制されない限り、それは組織を再 編成し、以前の「記憶された」形状に戻ろうとする。冷却された場合、形状記憶 合金は再び柔軟になり機械的に変形して、次の変形サイクルに入る。記憶された 状態の合金を活性化することによって機械的な変形が生じ、合金が適切な形状を している場合には、それを動力として利用することができる。形状を再現すると きの変形は小さい（５％）ものであるが、再生時に生ずる力は、直線的な収縮に 於いては３５トン／平方インチ程度の水準である。従って、再生時に於けるエネ ルギーはかなり大きなものである。 いかなる形状のも、適当な焼き鈍し温度に加熱する一方で物理的な強制力を加 えることによって、ＳＭＡアクチュエータ素子にプログラムすることができる。 ＴｉＮｉ合金はシート状、チューブ状、若しくはワイヤ状のものが市販されてお り、変態温度については広い範囲の中で定めることができる。 ＳＭＡ素子のプログラムされた相変態は温度によって起こる。しかし、変形の 速度は冷却及び加熱の速度によって決まる。従って、温度変化の速度はＳＭＡア クチュエータが最も早く動作できるように決められる。このような機構 の設計に於いては、１つのトレードオフの関係が存在する。ＳＭＡアクチュエー タを高速で動作させるためには、加熱及び冷却をより高速で実施しなければなら ないが、この場合多くの電力を消費し、無駄に消費された電力による熱が大量に 発生することになる。 従来のカテーテルのような操縦可能な部材に於いては、形状記憶合金アクチュ エータが使用されている。形状記憶合金を制御素子として利用した、目標の位置 に向けて操縦可能なカテーテルについての米国特許第４，５４３，０９０号に、 そのような合金の応用例の１つが記載されている。従来の操縦可能なデバイスで ＳＭＡ素子を利用したものには、その動きの機敏さ及び巧みさに於いて重大な限 界がある。即ち、その動きは１平面上に限られており、ＳＭＡ素子も次の変形サ イクルに入るためには機械的に変形されなければならない。 従って、従来の応用例に於いては、各形状記憶素子は少なくとも１つの他の形 状記憶素子と結合されていなければならなかった。素子の１つが加熱された場合 、それが元の形状に復元するためには他の記憶素子を用いなければならないので ある。これによって制御された動きが可能となっていたのであるが、それは１平 面上の動きに過ぎない。動きの自由度は１つの継ぎ手についてせいぜい２自由度 が限界である。 ＳＭＡアクチュエータを制御素子として組み込んだカテ ーテルのような、従来の操縦可能なデバイスには多くの不利な点がある。ＳＭＡ アクチュエータ素子が親相に変態した後、マルテンサイト形状に復元するのに逆 向きの力が必要なため、その継ぎ手は大き過ぎて邪魔なものにならざるを得ない 。このような操縦可能なデバイスを回転運動させるためには、複雑なリンク機構 が必要となる。例えば、ＳＭＡアクチュエータ素子が活性化されてプログラムさ れた形状となった後にマルテンサイト形状に復元するのに必要なリンク機構が存 在するために、デバイスが動くことができる範囲は非常に制限されたものとなる 。 従来の形状記憶合金を用いた操縦可能なデバイスは更に別の欠点を有し、それ はデバイスが比較的大型で小型化できる下限があり、それより小型化しようとす ると経済的に実現不可能となってしまうということである。サイズが比較的大型 となるのは制御アーム、リンク機構、または形状記憶アクチュエータをその初期 状態に戻すために必要な他の要素を備える必要があるためである。これによって 従来の操縦可能なデバイスの幾何学的構造は、非常に限定されたものとなる。 形状記憶合金と一体となった従来の操縦可能なデバイスは、動きの機敏さ及び 巧みさに欠け、非常に小さく複雑な幾何学的構造の空間に於いて動かすのに必要 な精度の高い制御が行えない。これは、このアクチュエータを活性化してプログ ラムされた状態にした後、初期状態に機械的に復 元するために、反対側に設けられた素子または制御アームが必要なためである。 ＳＭＡアクチュエータを用いた従来の操縦可能なデバイスは、迅速で機敏な動 作が重要である医学的応用分野に於いては動きが遅すぎることが多い。また、従 来のＳＭＡ素子を用いた操縦可能なデバイスの大型のものを、マルテンサイト状 態からプログラムされたまたは「記憶された」オーステナイト相へと迅速に変態 させるのに必要な活性化温度を生成するためには大きな電流が必要となる。従来 のＳＭＡアクチュエータは大量の電力を消費し、従って大量の熱を放散すること になる。このために、活性化閾値温度まで冷却する時間が長くなり、即ちオース テナイト状態からマルテンサイト状態へ変態するのに時間がかかることになり、 結果的にデバイスの動作が遅くなる。 さまざまな制約が無く、精度が高く、かつ三次元の機敏で巧みな動作が可能な 、操縦可能なデバイスが必要とされている。制御アーム、リンク機構、または形 状記憶合金素子を非活性化の後、初期状態に復元させる、つまり親相からマルテ ンサイト状態に変態させるのに必要な外部手段を不要にすることは利点をもたら す。というのは、このような制御リンク機構の存在によって、デバイスが大型化 し、必要なエネルギーが増加し、熱の放散速度が遅くなってデバイスの動作速度 が遅くなるからである。 三次元の自由な動きが可能な多節可動体を備えた操縦可 能なデバイスであって、動作速度と制御性を高め、サイズも小さく従来の操縦可 能なデバイスではアクセスできなかった非常に小さく幾何学的に制約のある領域 に用いることができるものが、更に必要とされている。要約 従来の形状記憶合金アクチュエータを用いた操縦可能なデバイスの上記の欠点 を克服するべく、本発明の実施例の１つに於いては、ＳＭＡ合金に、従来のＶＬ ＳＩ技術を用いて蒸着、パターン形成及び焼き鈍しを施すことができるという事 実を利用する。ＶＬＳＩ用の、さまざまな分野の完成度の高いツール及び技術を 用いることによって、カテーテルのような小型の操縦可能なデバイスの組立工程 のコストを大いに低減することができる。６フレンチ（Ｆｒｅｎｃｈ）カテーテ ルのような本発明に基づく操縦可能なデバイスを製造するためには、従来の化学 的気相成長（ＣＶＤ）技術、ＶＬＳＩ技術を用いた蒸着をなし、窒化シリコンま たはポリイミドの薄い柔軟なフィルム上にパターンを形成することによって、Ｓ ＭＡの薄いフィルムアクチュエータを形成する。標準的なフォトリソグラフィー プロセスを用いて電気的接続を形成することができる。ＳＭＡアクチュエータの 「外皮」またはフィルムをシリコンのプロセシングベースから切り離した後、そ れはいかなる可撓性を有する物体の表面にでも巻き付けられて、フォースグロー ブ（ｆｏｒｃｅ ｇｌｏｖｅ）のようにその物体にトルク、 若しくは三次元的な駆動力を与えることになる。実施例の１つに於いて、ＳＭＡ アクチュエータを有するフィルムは、柔軟なカテーテルチューブ等のような可撓 性を有する部材の回りに円筒形に巻き付けられる。ＳＭＡアクチュエータ素子は それによって可撓性を有する部材の回りに周方向に空間的に分布配置された形で 設けられることになる。次に、ＳＭＡアクチュエータ素子は制御されて選択され 、前記可撓性を有する部材を、三次元空間に於いて方向の制約なく動かす。 本発明の実施例の１つに基づく、薄いフィルム状のＳＭＡアクチュエータ素子 に於いては、ＶＬＳＩ製造技術を利用することによって、従来のＳＭＡデバイス と比較してより高速の熱の放散が可能となった。これによってより高速で動くデ バイスが実現した。本発明のＳＭＡアクチュエータを有するフィルムを巻かれた 操縦可能なカテーテルは、１００Ｈｚで動かすことができる。６フレンチの寸法 を有するカテーテルで本発明のＳＭＡアクチュエータを有するフィルムによって 覆われたものは、１／２秒間隔で動かすことができる。 本発明の実施例の１つによれば、複数のオンオフスイッチ手段が、ＳＭＡアク チュエータを有するフィルムを形成しているのと同じ可撓性を有する基板上に、 ＶＬＳＩ技術を用いて一体となった形で設けられる。スイッチ手段は、選択され たＳＭＡアクチュエータに相活性化閾値電流を与 えて、マルテンサイト相からオーステナイト相への相変態を起こさせ、それによ って所望の動きを与えるために設けられる。好適な実施例に於いては、スイッチ 手段は複数のＣＭＯＳパワートランジスタからなる。トランジスタとそれに関連 するアドレスデコード回路は、動作時に相活性化電流を与えるべく選択された対 応するＳＭＡアクチュエータと結合される。ＶＬＳＩ構造によってＳＭＡアクチ ュエータに電流を流す複数のワイヤが不要となる。即ち、アドレスデコード及び 回路と、外部のマイクロプロセッサとの接続をなすために３本のリード、接地リ ード、電源リード、及びデータ信号リードが必要となるのみである。別の実施態 様として、１本の電源リードに制御データで変調した電流を流しても良い。 ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムの予め定められた移動経路をプログラ ムするために、マイクロプロセッサ式制御手段が用いられる。このマイクロプロ セッサは本発明のデバイスとは別個のパッケージ内の集積回路であって、ＳＭＡ アクチュエータを有するフィルムの制御回路と従来のリード、または光ファイバ によって結合されている。 本発明の更に別の実施例によれば、マイクロプロセッサが位置マッピング手段 を有する。ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムの遠位端部または可動端に於 いて圧力センサ手段が設けられる。圧力センサ手段によって、正確な位置の間隔 毎に出力信号がマイクロプロセッサに送られる。 この出力信号は、移動経路を確定する、例えば動脈壁のような境界に、ＳＭＡア クチュエータを有するフィルムの遠位端部または外皮が当たった場合受ける圧力 を表すものである。マイクロプロセッサは、周知のフィードバック技術に基づき 、センサ手段からの出力信号を用いて、ＳＭＡアクチュエータの角度位置の軌跡 を決定し、これによってＳＭＡアクチュエータを有するフィルムは複雑な幾何学 的形状の空間に侵入する場合の理想的な移動経路を確定する。位置マッピング手 段は、操縦可能なデバイスが幾何学的に複雑な形状の空間に侵入する場合に、そ の移動経路に沿って正確な位置間隔を毎のＳＭＡアクチュエータの角度位置を記 録する。動きが制約を受けた場合、位置マッピング手段からの出力信号が制御回 路へ送られ、ＳＭＡアクチュエータを活性化して、移動経路に沿ってアクチュエ ータを逆方向に動かす。ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムの形状は、移動 経路に沿って逆方向に動く場合、移動経路上の一定の間隔で定められた各点に於 いて、自動的に元の形状が再現される。これによって本発明のＳＭＡアクチュエ ータを有するフィルムが、従来のＳＭＡアクチュエータ素子を用いた操縦可能な デバイスがアクセスできなかった複雑な幾何学的形状を持つ空間に於いて、逆方 向の運動を迅速かつ巧みに行うことができるのである。 本発明の実施態様の１つによれば、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムの 遠位端部または可動端の位置は、当 業者には容易に理解できる従来の技術を用いて、ＳＭＡアクチュエータ素子の抵 抗値を測定することによって推定することができる。各素子の抵抗値はその温度 に比例し、従ってその活性化状態、ひいては角度位置に比例することになる。従 って、移動経路を画定する点の軌跡の上の所与の点に対するＳＭＡアクチュエー タを有するフィルムの全体の形状は、マイクロプロセッサによって決定すること ができる。 本発明の更に別の実施例によれば、前記の各点に対するＳＭＡアクチュエータ 素子の角度位置が一旦位置マッピング手段に格納されれば、ＳＭＡアクチュエー タを有するフィルムは、理想的な移動経路を画定する点の軌跡に関して、自立的 に動作可能である。 本発明の更に別の実施例によれば、ＶＬＳＩ構造を持つためにＳＭＡアクチュ エータを有するフィルムの製造コストが下げられるので、使用済みのＳＭＡアク チュエータを有するフィルムを取り外し可能、かつ処分可能なものとすることが できる。例えば、カテーテルに巻き付けられ、動脈に入れられるＳＭＡアクチュ エータを有するフィルムは、柔軟なリード線及び単純なプラグ／ソケットコネク タを通して外部の制御回路へ接続される。これによって、ＳＭＡアクチュエータ を有するフィルムは、制御回路から取り外し可能で、使用後に容易に交換するこ とができるものとなるのである。 空間的に分布配置されたＳＭＡアクチュエータ、それに関するアドレスデコー ド回路、電源トランジスタを、薄いフィルム状のＶＬＳＩ技術を用いて構成する ことによって、本発明に基づく操縦可能なデバイスが６フレンチ、即ち１９００ ミクロンよりも小さいサイズにまで小型化できる。これによって、従来のＳＭＡ 記憶素子を用いた操縦可能なデバイスと比較して多くの利点がもたらされるが、 それはサイズの小型化、運動性の上昇、低い電力消費、より高速の熱放散、及び これらの結果としてのより高速の動作を含む。 本発明によりサイズを小型化することにより、従来のデバイスではアクセスで きない複雑な幾何学的構造の三次元空間に於ける、デバイスの機敏かつ巧みな運 動が可能となる。図面の簡単な説明 本発明の以上の利点、及び他の利点は、以下の図面と共に発明の詳細な説明を 参照することによってより明らかなものとなるであろう。 第１Ａ図は、本発明に基づく第１の実施例の上側平面図である。 第１Ｂ図は、第１Ａ図の実施例の斜視図である。 第１Ｃ図は、第１Ａ図の実施例の拡大斜視図である。 第２Ａ図は、第１Ａ図の実施例の横側断面図である。 第２Ｂ図は、第１Ａ図に示した実施例とは異なる他の実 施例の断面図である。 第３Ａ図は、第１Ａ図の実施例の、一部を取り除いて示した透視図であって、 第１図の空間的に分布配置されたＳＭＡアクチュエータを有するフィルムが可撓 性を有する構造体に巻き付けられて、装着されているところが示されている。 第３Ｂ図は、第３Ａ図の実施例の横側断面図である。 第４図は、第３Ａ図及び第３Ｂ図に示した実施例の斜視断面図であって、ＳＭ Ａ素子の相活性化による動きを示している。 第５図は、第１図に示した実施例の等価回路の模式図である。 第６図は、本発明に基づく実施例の斜視図であって、三次元の多節可動体の例 を示したものである。 第７図は、第６図の実施例のフィードバック制御に用いられる典型的な圧力セ ンサ手段の模式図である。 第８図は、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムの精度の高い制御をなすべ く設けられた、ＳＭＡアクチュエータ素子の角度位置の変位を測定するデバイス の斜視図である。発明の説明 概要 第１Ａ図、第１Ｂ図、及び第１Ｃ図に示すように、空間的に分布配置されたＳ ＭＡアクチュエータを有するフィル ム１００は、その遠位部分に配置された複数のＳＭＡ薄膜アクチュエータ１０５ を有する。ＳＭＡアクチュエータ１０５は、従来のＶＬＳＩ技術を用いて、ポリ イミドまたはケブラーベースの材料の層の上に蒸着、パターニング、及び焼き鈍 しを施すことによって設けられる。 また、標準的なＶＬＳＩフォトリソグラフィープロセスを用いて、アドレスデ コード回路１１８及びそれに関連するＣＭＯＳトランジスタのようなスイッチ手 段１１４との電気的接続がなされている。 ポリイミドまたはケブラーベースの材料の層１０８は、ＥＤＨエッチング等の ような標準的な技術を用いて、シリコンのプロセシングベースから生成される。 これから、一体化され独立した可撓性を有するＳＭＡアクチュエータを有するフ ィルム１００が形成されるが、これは、ＳＭＡアクチュエータ１０５、及び選択 されたＳＭＡアクチュエータ１０５に相活性化電流を与えるために設けられるス イッチ手段１１４及びアドレスデコード回路１１８が、小型の可撓性を有するＳ ＭＡフィルム１００上に、ＶＬＳＩと一体化された形で設けられたものである。 ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００は、フォースグローブ等のよう に、物の表面に巻き付けてトルクを与えるために用いられる。好適な実施例に於 いては、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００は、第３Ａ図及び第３Ｂ 図のように、カテーテルチューブ３００等のよう な可撓性を有する部材に巻き付けられて用いられる。従って、複数のアクチュエ ータ１０５が、可撓性を有する部材１５０を覆うＳＭＡアクチュエータ１００の 表面上に均等に分散して設けられた形となる。制御回路を用いてＳＭＡアクチュ エータ１０５を選択的に活性化することによって、可撓性を有する部材に、三次 元空間に於けるすべての方向への連続的な動きを与えることができる。 第３Ｂ図に示した例に於いては、３枚のフィルム状のＳＭＡアクチュエータ１ ０５が、互いに１２０度の間隔で可撓性を有するカテーテルチューブ３００の周 りに設けられている。第１図を参照すると、ＳＭＡアクチュエータ１０５は公知 の技術に基づき、アドレスデコード回路１１８によって選択的にアドレシングさ れ、トランジスタスイッチ手段１１４によって相活性化閾値に到るまで抵抗加熱 される。選択的に、１つまたはそれ以上のＳＭＡアクチュエータ１０５に対して 、それが活性化して形状記憶相変態を起こすのに十分な電流を与えることによっ て、チューブ３００の一方の側に差動収縮をおこさしめ、局部的な曲げを生じさ せることになる。 電流源を外して、ＳＭＡアクチュエータ１０５から熱を逃がすことによって、 ＳＭＡアクチュエータ１０５は非活性化される。ＳＭＡアクチュエータの冷却速 度はその厚みによって決まる。遠位部分に配置されたＳＭＡアクチュエータ１０ ５によって、多節式マニピュレータまたは多セグ メントプローブが形成されるが、これは一平面内の動きに限定されず、いかなる 方向へも自由に曲げることができる。 ＳＭＡアクチュエータ１０５が全体に可撓性を有するＶＬＳＩフィルムのアレ イにオーバラップすることによって、連続的な複数の可動ＳＭＡ節を生成し、こ のＳＭＡ節は、可撓性を有する部材の周方向に沿って空間的に分布配置された形 となっている。これによって、本発明のＳＭＡアクチュエータ１００によって覆 われた可撓性を有する部材の、その長手方向に沿った実質的に連続的な三次元の 動きを可能としているのである。従って、ＳＭＡアクチュエータを有するフィル ム１００は、カテーテルチューブ等の周りに巻き付けられている場合、そのチュ ーブに三次元空間に於ける非常に機敏な運動を与えることができる。これは、一 平面内の動きに限定された、形状記憶合金アクチュエータを用いた従来の操縦可 能なデバイスでは不可能なことである。ＳＭＡアクチュエータの製造工程 第１Ｃ図及び第２Ａ図を参照すると、本発明の実施態様の１つに基づき、空間 的に分布配置されたＳＭＡアクチュエータを有するフィルムを形成する全行程が 示されており、それは以下の通りである。 はじめに、制御及びアドレス回路、ＳＭＡアクチュエータ素子が一体化された 形で設けられるＶＬＳＩの構成の基礎となる基板２００が与えられる。概ね１５ ５ミクロンの 厚みを有する、［１００］Ｓｉの標準的なシリコンウエハが、ベース基板の材料 としては適当である。 次に、非等方性エッチングを用いて、シリコンウエハ上に連続した複数の溝が 形成される。この溝は基板２００に於ける波形部分の基礎となり、波形部分１３ ０の上にポリイミド層１０８が設けられ、ポリイミド層がＶＬＳＩ形状記憶合金 アクチュエータを有するフィルム１００を形成するのに用いられる。 波形部分１３０は、実質的に各ＳＭＡアクチュエータ素子１０５の下部に設け られた形となる。波形部分は、ＳＭＡアクチュエータ素子の変形する向き、若し くは作動方向の軸に対して、実質的に横向き垂直の軸方向に設けられる。また、 波形部分１３０は、アクチュエータ１０５が作動時に変形することによって、Ｓ ＭＡアクチュエータを有するフィルム１００の隣接する部分全体を動かすことを 可能にする手段を与えるものである。即ち、波形部分１３０によって、電流によ るＳＭＡアクチュエータを有するフィルムの動きの制御を容易にしているのであ る。波形部分１３０の大きさ及び形状は、アクチュエータ素子１０５の収縮また は膨張によりＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００に於いて生起される 動きを、最大化するように定められる。 波形部分１３０は、アクチュエータ素子の及びＳＭＡアクチュエータを有する フィルム１００の変形を制限する手 段も与えており、これによってＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００が 破壊されるのを防止することができる。好適な実施例に於いては、波形部分１３ ０は、変形を概ね８％以下に制限している。 波形部分１３０を形成した後、公知のＶＬＳＩ技術を用いてＳｉＮｉの薄い絶 縁層１０９がウエハ２００上に設けられる。ＳｉＮｉ層１０９は酸素防壁として 機能しており、この後の工程に於いてスパッタリングをなされるＴｉＮｉ層が、 酸素で損なわれるのを防止している。ＳｉＮｉ層１０９は２０００Åのオーダー の厚みを有する。 次に、例えば５０：５０または４９：５１のＴｉＮｉの組成を有する形状記憶 合金材料は、公知のＣＶＤ／ＶＬＳＩ技術に基づいてＳｉＮｉ層１０９の上にス パッタリングされる。次に、ＴｉＮｉは焼き鈍しを施され、プログラムされた親 相にされる。いかなる焼き鈍し工程を用いるかは、使用されるＴｉＮｉの組成に よって決まる。ＴｉＮｉ層は、５１０℃〜５４０℃で１時間焼き鈍しされるのが 一般的である。 前述のように、ＴｉＮｉ層１０５は焼き鈍しを施されることによって、親相へ の変態から有用なトルクが引き出されるようにするべく最適化され得る。次にＴ ｉＮｉ層は、公知のＶＬＳＩ技術に基づいてパターン化されエッチングを施され て、分離した形で設けられた複数のＴｉＮｉ形状記憶合金アクチュエータ１０５ を形成する。次に、ＴｉＮ ｉアクチュエータ１０５にマスクがなされる。 ポリイミドまたは他のケブラーベースの材料の層１０８は、その窓部が各Ｔｉ Ｎｉアクチュエータの周囲に設けられる形でＴｉＮｉアクチュエータ上に設けら れる。ポリイミド層１７８は、第１Ｂ図に示すようにスイッチ手段１１４、アド レスデコード回路１１８、及び導電経路１１２を含むＶＬＳＩ的構成の基礎部分 となる。ポリイミド層１０８は１．５ミクロン程度の薄さでよい。 ポリイミドは高精度、高強度の機械的材料であることがわかっており、特に、 ＳＭＡアクチュエータ及び駆動制御回路を、非常に薄いシート上で、ＶＬＳＩと 一体となった形で設けるために、シートが柔軟性と共に高い強度を示す必要があ る場合には適している。 ポリイミドは、ＶＬＳＩ ＳＭＡアクチュエータの基本部分の材料として好ま しいものであるが、材料は必ずしもポリイミドに限られるものでなく、ＶＬＳＩ プロセシング技術を適用できる、適当な可撓性を有するシート状材料であるなら ば、本発明の範囲を逸脱することなく利用することができる。 ＶＬＳＩ製造に適する、ＣＭＯＳトランジスタのような複数のスイッチ手段１ １４が、ポリイミド層１０４上に設けられる。各スイッチ手段１１４は、導電経 路１１２によって対応するＳＭＡアクチュエータ１０５と接続されており、その アクチュエータに大きな電流を与えることによっ て、ＳＭＡアクチュエータが急速に抵抗加熱されて活性化閾値温度に達すること になる。また、各スイッチ手段１１４はアドレスデコード回路１１８にも結合さ れており、アドレスデコード回路は、同様にポリイミドフィルム１０８上に、従 来のＶＬＳＩ技術を用いて設けられるものである。好適な実施例に於いては、ア ドレスデコード回路１１８が一連の、ラッチレジスタ、論理ゲート、またはＶＬ ＳＩ上に容易に設けることができる他の要素を有する。 各ＴｉＮｉアクチュエータと、関係するスイッチ手段及びアドレスデコード回 路の間の導電経路１１２は、同様に従来のＶＬＳＩ技術を用いてこの段階で形成 される。 第２Ａ図に示したように、導電リード１１２は、ＳＭＡアクチュエータ１０５ の一端と、導電体末端ブロック２０１を通して電気的接続がなされる。接地プレ ーン（図示せず）はポリイミド層１０８に設けられ、従来の技術に従って、ＳＭ Ａアクチュエータ１０５にもう一方の電流経路を与えるものである。後に述べる ように、容量性線形歪みゲージ、ホール効果センサ、温度センサ等のＶＬＳＩセ ンサ手段は、同様にポリイミド層１０８上にＶＬＳＩと一体となった形で設けら れ、対応するＳＭＡアクチュエータまたはＳＭＡアクチュエータを有するフィル ム１００のセグメントと結びつけられる。 ポリイミド層１０８は、次にＥＤＰエッチングのような従来のエッチング処理 方法を用いて、シリコンウェハプロ セシングベース２００から切り離される。この段階に於いて、ポリイミドシート には、完全に一体となったＶＬＳＩ形状記憶合金アクチュエータを有するフィル ム１００が設けられることになるのが認められよう。即ち、ＳＭＡアクチュエー タ１０５、アドレスデコード１１８、位置センサ及び環境パラメータ測定センサ と共に、スイッチ手段１１４を含む制御回路は可撓性を有するポリイミドシート １００に組み込まれたＶＬＳＩ回路として、全て一体となった形で形成される。 完全に一体となった形のＶＬＳＩ ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１ ００は、電源リード１４２を通して、取り外し自在な形で電源と接続される。Ｓ ＭＡアクチュエータ素子は、接地リード１４０を通して接地される。 マイクロプロセッサ（図示せず）はポリイミドシートの隣接部分に於いて、ア ドレスデコード回路１１８と共にＶＬＳＩに組み込まれる。別の実施例に於いて は、マイクロプロセッサがパッケージングされた別個の集積回路として与えられ 、作動時にデータリード１４２によって、ポリイミドシート１００上のアドレス デコード及び制御回路と接続される。 前記のプロセスによって、全てが完備され一体となったＶＬＳＩ ＳＭＡアク チュエータを有するフィルム１００を得ることができ、このアクチュエータを有 するフィルムは、オープンループモードでもクローズドループモードで も作動することができ、前述したように三次元的に自在な動きを与えることがで きるものである。 本発明の実施態様の１つによれば、第１Ａ図、第１Ｂ図、及び第１Ｃ図に示す ように、全て完備した、ＶＬＳＩ ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１０ ０は、モジュールをなす形となる。データ信号リード１４４、電源リード１４２ 、及び接地リード１４０によって、カスケード接続された複数のモジュールとし てのＶＬＳＩ ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００が互いに接続をな される。つまり、ＶＬＳＩ ＳＭＡモジュールは直列に結合されるのである。第 １のＶＬＳＩ ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムモジュールのデータ信号 リード１４４、電源リード１４２、及び接地リード１４０は、最終的に、各カス ケード接続されたＶＬＳＩ ＳＭＡアクチュエータモジュールのアドレスデコー ド回路１１８に向かう形で設けられる。従って、複数のＶＬＳＩ形状記憶アクチ ュエータモジュールは一定の用途のためにカスケード接続されるのである。形状記憶アクチュエータ 好適な実施例に於いては、ＳＭＡ材料はチタン及びニッケルの組成が４９対５ １（ＴｉＮｉ）のものである。ＳＭＡ材料はＲＡＹＣＨＥＭ Ｃｏｒｐｏｒａｔ ｉｏｎ（３００ Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ Ｄｒｉｖｅ，Ｍｅｎｌｏ Ｐａｒ ｋ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９４０２５）製のも のが利用できる。ＳＭＡアクチュエータ１０５は非常に熱の影響を受けやすい素 子であって、第１図に示すようにリード１１２を通して小さな電流を与えると抵 抗加熱されて相活性化閾値温度に至ることになる。 ＳＭＡアクチュエータは、公知のＶＬＳＡ技術に基づいて形成される。典型的 には、ＴｉＮｉのような適切な形状記憶材料のマトリクスに、低圧チャンバ内で のイオンボンバード（ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）によって蒸着をなす。蒸着をな された形状記憶合金の原子は基板に向かって移動し、そこで原子は薄膜状に圧縮 される。また、この場合の基板はチッ化シリコンベース層１０９である。第１図 を参照すると、形状記憶アクチュエータを有するフィルムにパターンをなす形で 、ＳＭＡアクチュエータ素子１０５のアレイが設けられているが、これは従来の ＶＬＳＩフォトリソグラフィー及びエッチングによって、スパッタリングされた ＳＭＡ材料を不必要な領域から除去することによって形成されるものである。即 ち、複数のＳＭＡアクチュエータ素子１０５は、第１図及び第２図に示すように 窒化シリコン層１０９の上部に残される。 ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムは、周知の技術によって高温下で焼き 鈍しされる。焼き鈍し工程に於いて、ＳＭＡアクチュエータ素子に予め定められ た形状をプログラムするが、この工程では素子の微小構造がマルテンサイト層か ら親相またはオーステナイト相へ変態する。合金の 部片に物理的束縛を与える一方、適当な焼き鈍し温度で加熱することにより、い かなる形状のプログラムも可能である。４９：５１のＴｉＮｉ合金については、 焼き鈍し温度は概ね５１０℃で１時間処理する。この処理は時効処理として知ら れている。 好適な実施例に於いて、４９：５１のＴｉＮｉ合金は１方向に変形する形状記 憶アクチュエータとして用いられていた。時効処理に於いて、スパッタリングさ れたＳＭＡフィルムは、高温時の形状となることが予定された形状に強制される 。また、低温時の形状またはマルテンサイト相から高温時の形状またはオーステ ナイト相への変形の大きさが最大化されるような形状にプログラムするのが望ま しい。時効処理に於いて、ＴｉＮｉ合金に析出反応が生じる。しかし、ＳＭＡア クチュエータ素子が解放されたとき及び冷却されたとき、（オーステナイト相ま たはプログラムされた相の）強制された相からの変形を起こす逆応力が、この析 出した粒子により効果的に発生させられると考えられている。冷却時に於いて、 ＴｉＮｉ合金はその強制された、またはプログラムされた形状から自発的に変形 する。 マルテンサイト相からオーステナイト相への相変態のための活性化温度は合金 によって異なることが知られているが、この温度は、合金の組成を変えることに よって変化させることができる。本発明の別の実施例によれば、これによって、 合金のプログラムされた形状への自発的な変形に 必要な閾値電流を最小化するように相活性化温度を決定することができる。 マルテンサイト相から親相、またはオーステナイト相への相変態を引き起こす のは温度の変化のみである。しかし、変形の速度は冷却及び加熱の速度によって 決まる。従って、温度変化の速度はＳＭＡアクチュエータが最も早く動作できる ように決められる。このような機構の設計に於いては、１つのトレードオフの関 係が存在する。ＳＭＡアクチュエータを高速で動作させるためには、加熱及び冷 却をより高速で実施しなければならないが、この場合多くの電力を消費とし、無 駄に消費された電力による熱が大量に発生することになる。 ＳＭＡアクチュエータ素子１０５は、電気回路を用いて選択的に抵抗加熱され るようになっているので、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００の隣接 した部分に制御された動きを与えることができる。４９：５１のチタンニッケル （ＴｉＮｉ）形状記憶合金は、材料としては好ましいのであるが、それはこの合 金が、比較的狭い温度範囲に於いて大きなせん断弾性係数の変化を示すからであ る。この活性化温度に於ける係数の変化によって、マルテンサイト相とオーステ ナイト相の間の両方向の相変態が可能となる。 本発明の実施態様の１つでは、従来のＳＭＡデバイスと比べて著しく電力消費 が少ない。この場合の合金の組成は、 ４９：５１のＴｉＮｉが最適であって、マルテンサイト相からオーステナイト相 への相変態に於いて最大の変形を起こさせるために、アクチュエータ素子１０５ に与えなければならない閾値電流が、最も少なくて済むものである。 ＳＭＡアクチュエータ素子の形状に関しては、ＴｉＮｉまたは他の適当な形状 記憶合金がスパッタリングされ、高温でのオーステナイト相への相変態時に於い て収縮によって引っ張り力を与えるような原子の格子構造を与えられる。スパッ タリングを施し、ＴｉＮｉ材料に適切な格子構造を与え、圧縮された形状にする ことによって、この形状は画定される。即ち、ＳＭＡアクチュエータ素子は焼き 鈍しの過程に於いて小さくまとまった形状にプログラムされることになるのであ る。これがいわゆる親相であり、高温下で「記憶された」形状を呈することにな るのである。これはオーステナイト相とも呼ばれるものである。従って、活性化 の温度より低い温度に於いては、ＴｉＮｉ素子は外向きに撓んだり伸びたりする ことができる。電流を与えると、ＳＭＡアクチュエータ素子を相活性化温度まで 抵抗加熱することになるが、このときＳＭＡアクチュエータ素子は、自発的にプ ログラムされた形状に変形し、隣接するアクチュエータを有するフィルム全体に 同様の変形を強制する。 このことは、ＳＭＡアクチュエータ材料を、一定の形状にスパッタリングする のと同様であるが、「記憶された」、またはプログラムされた相に圧縮する圧縮 ばねになぞらえ ることもできよう。ＳＭＡアクチュエータ素子が相活性化温度まで抵抗加熱され たとき、このような形状は自発的に収縮して引っ張り力を与える。従って、この ような形状は活性化したとき引っ張り力を与えるものとなるのである。本発明の ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムが収縮モードで作動するか、伸張モード で作動するかは、焼き鈍しの後で素子に与えられた機械的束縛によって決まる。 ＳＭＡアクチュエータ素子のさまざまな形状は、ＶＬＳＩ技術によってパター ンを与えられ、マルテンサイト相からオーステナイト相への相変態時に於いて発 生する押し出しまたは引っ張り力を最適化するべく定められる。好適な実施例に 於いては、ＳＭＡアクチュエータは活性化閾値まで抵抗加熱されたときに収縮す る。 簡単に述べれば、ＳＭＡアクチュエータ材料は従来のＶＬＳＩ技術を用いて蒸 着、パターンの形成、及び焼き鈍しを施されるのである。関係するスイッチ手段 １１４及びアドレスデコード回路１１８もＶＬＳＩに於けるポリイミド相の上に 設けられる。ポリイミド相１０８は、よく知られた従来のエッチング技術によっ てシリコンプロセシングベースから切り離される。これによって、可撓性を有す るＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００のモジュラーが形成され、ＳＭ Ａアクチュエータ１０５、スイッチ手段１１４、アドレスデコード回路１１８の ような関係する制御回路はすべて同じ可撓性を有する基板上に、ＶＳＬＩ状 に一体となった形で設けられることになる。 可撓性を有するＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００は、どのような 形状のものの表面にでも巻き付けて、動きやトルクを与えられるものである。Ｓ ＭＡアクチュエータを有するフィルムが、ものの長手方向の軸の中心部に巻き付 けられた場合、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００上に、周方向に分 布配置されたＳＭＡアクチュエータ素子１０５は、三次元の多節可動体を形成す る。従って、本発明の実施例の１つである多節プローブは、制限なく自由に三次 元の機敏な動きをする能力を有することになるのである。 本発明の実施例の１つは、従来のＳＭＡを用いた操縦可能なデバイスの重要な 問題点を克服している。この問題は、電流伝達用導電体の大きさ及び数には、重 要な限界があることに関する。大型のＴｉＮｉアクチュエータは大きな電流を必 要とするので、これに対応して導電体の断面積も増加することになる。寸法を大 きくすることが制限されるようなデバイスには、このような対応はできない。前 記のように、現在に至るまでこの重要な問題点は克服されなかった。例えば、従 来のＴｉＮｉアクチュエータを用いたカテーテルでは、この寸法の制限のために 、１つの可動ジョイントしか備えることができないものがある。 また、従来のＳＭＡアクチュエータを備えた操縦可能なカテーテルを用いて精 密な作業を行うためには、ＴｉＮｉ アクチュエータにほぼ３アンペアの電流を与えることが必要である。電流供給ワ イヤによって、空間的な大きさについての限界がもたらされるのというのは、Ｔ ｉＮｉアクチュエータを直接加熱する場合、より大きなデバイスが、大きな電流 を必要とするからである。電流供給ワイヤは、使用に適さないような大きさにな らなければならず、これではデバイスが動作不能となる。 従来のＳＭＡ式操縦可能なデバイスに於けるもう１つの問題点は、ＴｉＮｉ合 金が温度と抵抗値の関係に於いて急なヒステリシス曲線を示すためにＴｉＮｉ合 金が正確に制御するのが難しいということである。 従来のＳＭＡ／ＴｉＮｉアクチュエータを備えたデバイスの、前記問題点を克 服するために、本発明の実施例の１つに於いては、第２Ｂ図に示すように、薄い 歪み除去層２０２を備えるようにしており、この歪み除去層２０２はポリイミド のような不導体の可撓性を有する材料からなり、各ＴｉＮｉアクチュエータ１０ ５の上に設けられている。歪み除去層２０２は、２０，０００Åのオーダーの厚 みを有する。歪み除去層２０２は、ＳＭＡアクチュエータの全体の寸法によって 、その厚みを厚くしたり薄くしたりすることもできる。次に、非常に薄い導電体 層２０４が、歪み除去層または不導体層２０２と接する形で設けられる。薄い導 電体層２０４は、ＴｉＮｉアクチュエータに１０５に対して、大きな抵抗加熱を なす熱源を与えるための抵抗加 熱手段を有する。導電体層２０４は抵抗加熱層とも呼ばれ、好ましくはニッケル とクロム（ＮｉＣｒ）が概ね５０：５０の薄い層からなる。 ＮｉＣｒ抵抗加熱層２０４は、大きくてかさばるＴｉＮｉ製のものよりも大き な抵抗値を有し、ＴｉＮｉ素子１０５に、それが相活性化閾値温度に至るまで、 不導体層２０２を通して熱を伝達することによって抵抗加熱する。また、ＴｉＮ ｉ素子１０５は、抵抗加熱層２０４への電気的接続はなされていないことになる 。 本発明に於いて、抵抗加熱層２０４を用いることによって、従来のＳＭＡアク チュエータと比較して、同じ動力を与えるためにかなり小さな電流で済む、即ち 少なくとも２桁のオーダーで電流を減らすことができるために、多くの利点が得 られることがわかっている。供給電流の問題が重要となる寸法の大きなデバイス に於いては、これは特に有利となる。例えば、抵抗加熱層２０４を備えていない 大きな寸法のＳＭＡの操縦可能なデバイスに於いては、利用できる駆動力を得る ために必要な電流が大きくなるため、デバイスの寸法もほとんど実用的ではない 大きさになってしまう。 ＮｉＣｒのような金属からなる抵抗加熱層２０４は、ＴｉＮｉのような抵抗に 対する温度のヒステリシス曲線をその特性として持たず、従って、制御の精度を 上げることが可能であることがわかっている。ＮｉＣｒからなる抵抗加 熱層２０４は、ＴｉＮｉと異なり、抵抗と温度の関係が線形の特性を有し、従っ て制御するのがかなり容易となる。 本発明の以上のような実施例によれば、抵抗加熱層２０４の抵抗対温度の関係 が線形であるという特性によって、ＳＭＡアクチュエータの温度、動きの大きさ 、及びＳＭＡアクチュエータ１０５の位置についても線形の関係が得られること になるのである。 抵抗加熱層２０４を通る電流は予め定められた大きさのものである。デバイス の、ＶＬＳＩ技術に基づいて設けられた回路手段は、抵抗加熱層２０４に於ける 電圧降下を測定するためのものである。これによって、抵抗加熱層２０４の抵抗 値が決められることになる。 抵抗加熱層２０４は、温度対抵抗値特性が線形であるという特徴を有している ため、抵抗加熱層２０４の温度は、既知の抵抗値から容易に求めることができる 。抵抗加熱層２０４の温度は、関連するＳＭＡ／ＴｉＮｉ素子の温度と概ね等し い。従って、その温度は、関連するＳＭＡアクチュエータ１０５の活性状態また は駆動の程度を表し、従って、関連するＳＭＡアクチュエータの位置を表す。こ のことから、ＳＭＡアクチュエータを、公知の従来技術によって精密に制御する ことができる。 第３Ａ図と第３Ｂ図を参照されたい。本発明の一側面に従うと、ＳＭＡアクチ ュエータを有するフィルム１００を含む可撓性を有する基板は、三次元の自由な 動きが得られ るように、中心長手方向軸の周りに配置されるように適合されている。ＳＭＡア クチュエータを有するフィルム１００は、例えば中空の可撓性を有するカテーテ ルチューブ３００のような可撓性を有する部材の周りに巻回されている。理解さ れるように、波形部分１３０によってＳＭＡアクチュエータ素子１０５は最大限 に動くことが可能となっており、その結果、円筒形状に形成されたＳＭＡアクチ ュエータを有するフィルム１００の三次元空間に於ける任意の方向への曲げ運動 も最大化されている。ＳＭＡアクチュエータ素子１０５のアレイが間隔を置いて 配置されていることにより、第３Ｂ図に示されているように、可撓性を有する部 材３００の周囲に巻回されたとき、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１０ ０の三次元空間内の自由な動きが容易になっている。上述したように、都合の良 いことに、波形部分１３０も、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００が 複雑な経路に沿って動いた場合に、その歪みを限定するのに有効な手段となる。 このことは、歪みを約８％まで増加させられるという利点を有しており、この値 は従来のＳＭＡアクチュエータデバイスよりもずっと大きい。 第３Ｂ図の例では、ＳＭＡアクチュエータ素子１０５の間隔は、ＳＭＡアクチ ュエータを有するフィルム１００の所与のセグメントに対して、３つのＳＭＡア クチュエータ素子が、可撓性を有する部材３００の周りに互いに約１２０度の間 隔を空けて配置されるようになっている。しかし ながら、可撓性を有する部材２００の周囲へのＳＭＡアクチュエータ素子の配置 は、任意の適切な配置でよく、例えば４つのＳＭＡ素子を９０度の間隔で配置し てもよい。 本発明の一側面に従うと、ＳＭＡアクチュエータ素子１０５の形状及び大きさ は、下に位置する可撓性を有する部材３００を動かすために必要なトルクを最大 化するように選択できる。例えば、活性時の相に於いて、圧縮スプリングに類似 した形状を示すようにＴｉＦｉ材料をスパッタリングにより付着させることもで きる。 三次元空間内で自由な動きをする可撓性を有する部材３００を動かすＳＭＡ素 子１０５の復元力は大きい。マルテンサイトからオーステナイトへと相変化する 間に達する復元力は、３５乃至６０トン／平方インチの範囲にある。従って、本 発明の一側面に従うと、ＳＭＡ素子を小型化することができるが、非常に小くて も極めて大きな力を発することができる。全体的な動作 本発明の一側面に従ったＶＬＳＩ形状記憶合金アクチュエータデバイスの基本 的な動作原理は、簡明である。複数のＳＭＡアクチュエータ１０５と、関連する アドレスデコーダ１１８と、駆動回路１１４とを含む可撓性を有するＶＬＳＩフ ィルムは、可撓性を有する部材の周りを巻回するように適合されている。従って 、複数の薄膜ＳＭＡアクチュエータは、例えば可撓性を有するカテーテルチュー ブの ような可撓性を有する部材の周りに一定の間隔で配置される。１または複数のＳ ＭＡアクチュエータ１０５に選択的に電流を加えることによって、チューブ３０ ０の一方の側に差分による収縮が発生し、それによって局所的な曲げ動作が得ら れる。 再度、第１図及び第２図を参照されたい。ＳＭＡアクチュエータ素子１０５は 、制御された動きを発生させるための熱的活性化手段を含んでいる。各ＳＭＡア クチュエータ素子１０５は、選択されたＳＭＡ素子の各々を抵抗加熱して予め定 められた相活性化温度にするべく適当な電流を流すための、対応するスイッチ手 段１１４に接続されいる。スイッチ手段１１４は、同じように公知のＶＬＳＩ技 術を用いてシリコン基板２００上に形成されているＣＭＯＳパワートランジスタ を含んでいる。このスイッチ手段１１４は、ＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラパワ ートランジスタのどちらでも良い。 各ＣＭＯＳパワートランジスタ１１４は、第１図に示されているように、リー ド１１２を介して、１または複数のＣＭＯＳパワートランジスタを選択的にイネ ーブルするアドレスデコード回路手段１１８に機能的に接続されている。アドレ スデコード回路手段１１８は、第１図に示されているように、接地リード、電源 リード、データイネーブルリードを備えている。アドレスデコード回路手段１１ ８も、同様に、公知のＶＬＳＩ技術を用いて形成される。別の方 法として、アドレスデコード回路手段１１８を、独立してパッケージされた集積 回路としても良い。 アドレスデコード回路手段１１８は、マイクロプロセッサからの信号に応答し て各ＳＭＡアクチュエータ素子１０５を選択的に指定するための、一連の論理ゲ ートまたはラッチレジスタまたは他の従来手段を含んでいる。 マイクロプロセッサは、アドレスデコード回路手段１１８に、データ信号リー ドを介して接続されている。マイクロプロセッサは、ＳＭＡアクチュエータを有 するフィルム１００の所望の動作を達成するために、どのＳＭＡアクチュエータ またはＳＭＡアクチュエータ１０５のグループを活性化するかを決定する。公知 の技術に従って、マイクロプロセッサは、選択された活性化パターンをアドレス デコード回路手段１１８のラッチレジスタ内にロードする。アドレスデコード回 路手段１１８は、ＣＭＯＳパワートランジスタ１１４を選択にイネーブルする。 イネーブルされたＣＭＯＳパワートランジスタ１１４は、対応するＳＭＡアクチ ュエータ素子１０５に、予め定められた活性化閾値の電流を加える。これによっ て、選択されたＳＭＡアクチュエータに相変態が生じ、それによってマイクロプ ロセッサによって決定された三次元空間内の所望の動きが実現される。好ましく は、例えば薄膜状の直列抵抗（図示せず）のような抵抗加熱手段を各ＳＭＡアク チュエータ素子１０５にできるだけ近く配置すると良い。これには、抵抗加熱の 速度を速めることができるという利点があり、デバイスの動作速度が向上する結 果となる。 マイクロプロセッサは、第５図に示されているように、アクチュエータを有す るフィルム１００から離れた場所に配置しても良い。これは、例えばアクチュエ ータを有するフィルム１００が幾何学的に複雑な空間内に進行するとき、その移 動経路をマッピングしていく場合のように、大きなメモリ容量が必要となる場合 に利点を有する。マイクロプロセッサ制御装置を離れた位置に置くことは、医療 分野に於いて、例えばアクチュエータを有するフィルムを備えたプローブを直径 数ミクロンにまで小型化することが必要とされるような場合に利点を有する。こ れによって、離れた場所に於いて大きなメモリ容量を維持しつつ、プローブの小 型化が可能になる。 ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムによって取り巻かれた、例えばカテー テルチューブのような可撓性を有する部材は、単一の平面内を移動するように拘 束されてはおらず、任意の方向に曲がることができる。従って、三次元空間内の 自由な動きを達成する、空間的に分布配置されたＳＭＡアクチュエータを有する フィルムが、本発明によって初めて提供される。本発明による空間的に分布配置 されたアクチュエータを有するフィルムは、間隔を空けて配置されたアクチュエ ータ素子１０５のアレイが可撓性を有する部材の周りに巻回されたとき、それら がオーバラップす ることによって、このアクチュエータを有するフィルムが取り巻く可撓性を有す る部材の全体に渡って概ね連続した動きの経路を提供することができる。本発明 のこれらのまたは他の上述したような特徴によって、三次元空間内に於いて極め て巧みな動きが可能となっている。 第４図に示されている例では、ＳＭＡアクチュエータ１０５ａが選択されて抵 抗加熱されている。図示されている矢印は、アクチュエータ素子からの熱の放散 を表している。波形部分１３０によって可撓性を有する部材３００の相反する側 での相合変態（ｃｏｎｇｒｕｅｎｔ）膨張及び収縮が可能となっている。第４図 に於いて、アクチュエータ１０５ｂの収縮形状は、相活性化温度に達するとアク チュエータ１０５ｂが自発的に示す、プログラムされた形状または親相である。 理解されるように、オーステナイトからマルテンサイトへの相変態は、冷却に よって結晶学的に可逆である。不活性になると、ＳＭＡアクチュエータ素子１０ ５は、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムの基部を形成する可撓性を有する ポリイミドに内在する弾性によって、柔軟なマルテンサイトの形状に戻る。従っ て、不活性のＳＭＡアクチュエータ素子を、その柔軟な状態またはマルテンサイ ト状態に戻すために逆向きの力を必要としない。このことは、ＳＭＡアクチュエ ータを有するフィルム１００の動作速度をマイクロプロセッサによって精密に制 御することができ るという利点を更に有する。例えば、ＳＭＡアクチュエータ素子を抵抗加熱する べく電流が流れている活性化時間をできるだけ短くすること、従って、熱の放散 速度を速めてＳＭＡアクチュエータ素子の温度が活性化閾値より低くなるやいな や可逆的なマルテンサイト相変態が起こるようにすることによって、動作速度を 向上することができる。ＳＭＡアクチュエータ素子の、選択的な、時間に依存し た活性化は、公知のマイクロプロセッサ制御技術に従って実行される。ＳＭＡアクチュエータの活性化 第５図は、第１図のデバイスの等価回路である。この例では、ＳＭＡアクチュ エータ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃは、第３Ａ図及び第３Ｂ図に示されている ように、可撓性を有する部材の周りに巻回されたときＳＭＡアクチュエータを有 するフィルム１００の周囲に１２０度の間隔を空けて配置されるように適合され ている。第１図に示されているように、複数のＳＭＡアクチュエータ１０５が、 ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００の中心軸に平行な方向にオーバラ ップしており、概ね連続した動きの範囲を可能としていることが理解されるだろ う。見やすくするため、第５図の回路は、ＳＭＡアクチュエータを有するフィル ムの１行分または１セグメント分だけしか示していない。第５図の回路によって 、複数のＳＭＡアクチュエータ１０５を制御することができる。 本発明のＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００は、円筒形構造に限定 されないということも当業者には理解されるであろう。ＳＭＡアクチュエータを 有するフィルムは、力をフィードバックするように、例えばグローブのような任 意の構造の表面にも適合可能である。以下の制御回路の説明は、そのような変形 実施例のすべてに有効である。 再度第５図を参照されたい。ＳＭＡアクチュエータ１０５ａ、１０５ｂ、１０ ５ｃは共通のグランドを有している。複数のスイッチ手段１１４ａ、１１４ｂ、 １１４ｃは、関連する電源リード１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃを介して、対応 するＳＭＡアクチュエータ素子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに接続されている 。トランジスタは、ＣＭＯＳ、ＭＯＳＦＥＴ、またはバイポーラパワートランジ スタである１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃからなり、対応するＳＭＡアクチュエ ータ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに活性化閾値電流を与えるスイッチ手段とし て働く。ＶＬＳＩに組み込むのに適しており、活性化閾値電流を与えるように適 合された、任意のスイッチ手段を用いることができる。好適実施例では、スイッ チ手段１１４は、ＣＭＯＳパワートランジスタを含んでいる。 ＳＭＡアクチュエータ素子１０５を活性化するための接続法には同等なものが 数多くある。好適実施例では、各トランジスタスイッチ手段１１４ａ、１１４ｂ 、１１４ｃは、 ドレインが対応するＳＭＡアクチュエータ要素１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、 その他に接続されおり、ソースが電源Ｖｃｃに接続されている。ＣＭＯＳパワー トランジスタ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃのゲートはアドレスデコード回路１ １８に、それぞれのデータライン１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃを介してつなが っている。 データ信号リード１５０を介して情報交換するマイクロプロセッサからの信号 に応答して、アドレスデコード回路１１８は、データライン１１６ａ、１１６ｂ 、１１６ｃを介して、１または複数の選択されたＣＭＯＳトランジスタ１１４ａ 、１１４ｂ、１１４ｃにイネーブル信号を伝達する。選択されたＣＭＯＳトラン ジスタスイッチ手段、例えば１１４ａ、のゲートがイネーブルされると、トラン ジスタ１１４ａは、対応するＳＭＡアクチュエータ素子１０５ａに接続された出 力リード１１２ａまたはドレインに大きな出力電流を出力する。ＣＭＯＳパワー トランジスタ１１４からの出力電流は、対応するＳＭＡアクチュエータ素子１０ ５の相活性化閾値になるように最適化されていることが好ましい。活性化される と、選択されたＳＭＡアクチュエータ素子１０５は、マルテンサイトからオース テナイトに瞬時に相変化し、それによって可撓性を有するＳＭＡアクチュエータ を有するフィルム１００の隣接したセグメントに有用な動きを与える。選択され たＳＭＡアクチュエータ１０５は、プローブを所望の形状に保持するのに必要と される限り活性化される。 ＳＭＡアクチュエータ１０５は、単に電流源を取り除いて熱を放散することに よって不活性状態になる。活性化しきい値より低くなるまでの熱放散速度によっ て、デバイスの速さが決定される。ＳＭＡアクチュエータ素子１０５が配置され ている、可撓性を有する、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００は、温 度が活性化閾値より低くなったとき、ＳＭＡアクチュエータ１０５を速やかに元 の位置に戻すのに十分な弾性を有している。 より小さなデバイスでは、ＳＭＡアクチュエータ１０５からの熱の放散がより 速く、非常に高速に動作するデバイスが得られるという利点を有している。例え ば、６フレンチ（Ｆｒｅｎｃｈ）の大きさを有する、本発明に従ったデバイスは 、１／２秒の間隔で三次元的に多節運動することができる。ＳＭＡアクチュエー タ素子がインピーダンスの関数として収縮するため、本発明はより速く多節運動 することができる。ＳＭＡアクチュエータ素子が小さいほどインピーダンスもよ り小さくなり、同時に、熱の放散もより速やかになる。 より大きくなると、本発明に従ったＳＭＡアクチュエータ素子１０５は、第２ Ｂ図に示されているように、ＳＭＡ素子１０５に近接した、ポリイミドなどから なる薄い歪み除去層の上に配置されたＮｉＣｒからなる薄い抵抗加熱層のような 抵抗加熱手段を通して加えられる活性化電流を受 容する。選択されたＣＭＯＳパワートランジスタ１１４の出力リードからのイネ ーブル電流が、対応する抵抗加熱手段の入力端に加えられ、選択されたＳＭＡア クチュエータ素子１０５を速やかに加熱して活性化閾値にする。 第６図を参照されたい。上述したように、本発明の別の側面に従った空間的に 分布配置されたＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００が円筒形構造に巻 回し、三次元空間内で極めて巧みな動きをすることのできる可撓性を有する多節 マニピュレータまたはプローブ４００を形成している。示されている例では、プ ローブ４００は、例えば５cmの長さを有する可撓性を有するＶＬＳＩ ＳＭＡア クチュエータ４０１フィルムを含む、遠位端部４０１を含んでいる。これは、空 間的に分布配置されたＳＭＡアクチュエータ素子のアレイを備えたプローブ４０ ０の操作可能部または可動部である。理解されるように、遠位端部４０１は、幾 何学的に複雑な空間にもアクセスできるように、５cmより長く作ることもできる 。 第６図では、マイクロプロセッサ４１０は、プローブ４００の近位端部４０２ に機能的に接続されている。当業者には容易に理解されるように、プローブ４０ ０は、三次元的な多節動作が可能なプローブ４００を形成するように円筒形構造 に巻回された、第１図に示したようなＶＬＳＩ形状記憶合金フィルム１００を含 んでいる。上述したように、ＳＭＡアクチュエータは、三次元空間内の自由で巧 みな動 きが得られるように、プローブ４００の遠位端部４０１の周囲を取り巻くように 空間的に分布配置されている。理解されるように、例えば第１図のトランジスタ スイッチ手段のようなアドレスデコード及び制御回路は、プローブ４００の近位 部分４０２に於いて、ＶＬＳＩ内に一体に形成することができる。上述したＳＭ Ａアクチュエータ及び制御回路は、見やすくするため、第６図からは省略されて いる。 第６図に示されている実施例に於いて、マイクロプロセッサ４１０は、従来の リードまたは光ファイバリード４０３と、信号処理手段４１１とを介してトラン ジスタスイッチ手段及びアドレスデコード回路（第１図に図示）に接続されてお り、これらの回路はプローブ４００の近位端部４０２に配置されている。従来の ファイバ光カプラ（図示せず）が、公知の技術に従って、ファイバの光信号を駆 動回路に伝えるために設けられている。マイクロプロセッサ４１０は、位置マッ ピング手段４１５を含んでおり、プローブ４００の遠位端部４０１が移動経路に 沿って進んでいくとき、その移動軸を表すＳＭＡアクチュエータに対する角度位 置の軌跡を記録及び記憶することができる。 プローブ４００は、マイクロプロセッサから、結合部４０４にて取り外すこと ができる。結合部４０４は、簡単なプラグ／ソケットコネクタである。別の方法 として、結合部４０４は、情報伝達用リード４０３をプローブ４０４から取り外 すことができるように結合することのできる従来 の任意の手段とすることもできる。プローブ４００はＶＬＳＩ技術を用いて作成 されるため、プローブ４００を脱着可能とし、使用後に廃棄することができると いうことは経済的に利点がある。このことは、医療分野で用いる場合に、時間の かかる煩雑な消毒処理を不要にすることができるという利点も有している。制御システムの動作 本発明は、開ループまたは閉ループのどちらのモードでも動作可能である。開 ループモードでは、予め定められた移動経路がマイクロプロセッサ４１０内にプ ログラムされている。マィクロプロセッサは、上述したようにプローブ４００の 近位部分４０２に於いてＶＬＳＩ内に一体に形成されたアドレスデコード回路に 出力信号を送る。予め定められた移動経路は、公知の技術に従ってアドレスデコ ード回路内のラッチレジスタまたは論理ゲート内にマッピングされる。アドレス デコード回路は、プローブ４００の遠位端部４０１に配置された選択されたＳＭ Ａアクチュエータを活性化して、上述したように予めプログラムされた移動経路 に従ってプローブを動かす。 本発明は、閉ループモードでも動作することができる。閉ループモードでは、 本発明のこの側面によると、プローブ４００を移動経路上にセンタリングするた め適応フィードバック制御法が用いられる。第５図を参照されたい。マイクロプ ロセッサは角度変位を測定することができ、従っ てＳＭＡアクチュエータ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、．．．を含むＴｉＮｉ 素子の各々の位置を測定することができる。これから、ＳＭＡアクチュエータを 有するフィルムまたはプローブの全体的な位置及び形状を、所与の位置間隔で測 定することができる。 ＳＭＡ素子１０５の角度変位は、抵抗値の小さい抵抗１１７ａ、１１７ｂ、１ １７ｃの両端の電圧降下を検出することによって求められる。各抵抗１１７ａ、 １１７ｂ、１１７ｃは、公知の技術に従ってＶＬＳＩ内に形成され、対応するＳ ＭＡアクチュエータ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、．．．に接続されている。 ノードＶ１、Ｖ２、Ｖ３、．．．に於ける電圧を検出するため、従来の手段が備 えられている。電圧情報は、公知の技術に従って、情報伝達経路を介してマイク ロプロセッサに伝えられる。 電流検出手段１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、．．．が、各対応するＳＭＡア クチュエータ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに向かって流れる電流を測定するた めに接続されている。これらの電流検出手段は、各対応するＳＭＡアクチュエー タに向かって流れる電流を測定するため、差動増幅器１１０ａ、１１０ｂ、１１ ０ｃを含んでいる。各ＳＭＡアクチュエータ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに対 する電流値は、それぞれ、各差動増幅器１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの出力リ ードＩ１、Ｉ２、Ｉ３に於いて検出される。出力リードＩ１、Ｉ２、Ｉ３は、情 報伝達経路を介してマ イクロプロセッサにつながっている。 ＳＭＡアクチュエータ素子は電流駆動デバイスである。ＳＭＡアクチュエータ １０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、．の相変態に影響する駆動温度は、合金に固有 の特性である。５０対５０の割合で混合されたＴｉＮｉに対しては、駆動温度は 定数７０℃である。好適実施例に於ける、４９対５１の割合のＴｉＮｉでは、駆 動温度は１００℃である。理解されるように、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３に於ける電流と 、ノードＶ１、Ｖ２、及びＶ３に於ける電圧を、移動経路に沿って正確な位置間 隔で検出することによって、移動経路に沿った各位置間隔に対して、各素子の抵 抗、従ってその角度変位をマイクロプロセッサによって容易に求めることができ る。アクチュエータ素子の相変態温度が定数であるため、各ＳＭＡ素子の抵抗は 、その角度変位と直接的な関係を有する。 温度／抵抗の関係を表すルックアップテーブル１６０が、公知の技術に従って マイクロプロセッサ内に具備されている。各ＣＭＯＳトランジスタ１１４ａ、１ １４ｂ、１１４ｃの全てに対して定電流源があるため、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３に於け る電流と、ノードＶ１、Ｖ２、及びＶ３に於ける電圧を検出することによって、 対応するＳＭＡアクチュエータ１０５ａ、１０５ｂ、及び１０５ｃの各々に対す る抵抗値が測定される。 ルックアップテーブル１６０は、公知の技術に従って、 狭いヒステリシスループが得られるように、ＳＭＡアクチュエータの各ＴｉＮｉ 組成に対して最適化されている。ルックアップテーブルでは、マイクロプロセッ サは各抵抗値を温度と関連づけ、その結果、所与の位置間隔に於いて、各ＳＭＡ 素子１０５ａ、１０５ｂ、及び１０５ｃの活性状態、従って、角度変位及び位置 を測定することができる。各ＳＭＡアクチュエータに対する角度位置に軌跡は、 各間隔に対するプローブ４００の全体的な形状を与える。このことから、プロー ブの全体的な形状は、移動経路に沿った任意の位置に於いて決定することができ る。 公知の技術に従って、マイクロプロセッサ（第６図に図示）内の位置マッピン グ手段４１５は、ＳＭＡアクチュエータに対する角度位置の軌跡を含む基準アレ イ（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｒｒａｙ）を確立するための手段を含んでいる。こ れによってプローブに対する移動経路が決定される。いったんＳＭＡアクチュエ ータ素子に対する角度位置の軌跡が記憶されると、記憶された移動経路は極めて 高速に再現することができる。従って、本発明に従ったＳＭＡアクチュエータを 有するフィルムに取り巻かれたカテーテルのようなプローブ４００は、その方向 及び活性化シーケンスを瞬時に反転することができ、それによって、非常に複雑 な移動経路であっても、その跡を正確にたどることができる。この意味で、本発 明のＳＭＡアクチュエータを有するフィルムを備えたプローブ４００は、極めて 複雑な移 動経路に対しても、いったんそれが位置マッピング手段内に記憶されれば、自立 的に動作可能である。 理解されるように、位置マッピング手段４１５は、１または複数の移動経路を メモリ内に格納することができる。これには、いったん移動経路が位置マッピン グ手段内に記憶されれば、選択された移動経路を本発明に従ったプローブ４００ が正確に再現することができ、それにより、自立して動作可能であるという利点 を有している。このことは、予め定められた移動経路に従って多節マニピュレー タを正確に動かすことが利点を有するような、自動装置を使った外科手術や非破 壊テストなどに於いて非常に多くの応用を含んでいる。 本発明の別の側面に従うと、第６図に示されているように、複数の圧力センサ 手段４０５が、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００の遠位端部４０１ の外側に沿って具備されている。圧力センサ手段は、プローブ４００の適応的フ ィードバック制御に用いられる。本発明のこの側面に於いては、適応的フィード バック制御の目標は、プローブ４００の遠位端部の外側または外皮の全ての箇所 で検出された圧力を最小化することである。プローブが移動経路上でセンタリン グされるように、公知のフィードバック方法が用いられる。 第７図は、非常に小さな圧力変化を静電容量の関数として検出するための代表 的な容量性圧力センサ手段７００を 示している。圧力センサ手段７００は、２つの対向するニッケルまたはクロムニ ッケル（ＣｒＮｉ）プレート７０２、７０６を含んでおり、これらのプレートは 、公知のＶＬＳＩ技術によって、ポリイミド中間層７０４を覆うようにスパッタ リングまたは蒸着されている。ポリイミド中間層７０４もまた、従来のＶＬＳＩ 技術によって形成される。理解されるように、圧力センサ手段７００は、上述し たようなＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００を形成するＶＬＳＩプロ セスの一部として一体的に形成されるように適合されている。圧力センサ手段７ ００は、適切に構成されたＴｉＮｉ素子またはＳＭＡアクチュエータ１０５に概 ね隣接して、または重なって組み込まれるように適合されている。しかしながら 、圧力センサ手段７００もまた、第６図に示されているようなアクチュエータを 有するフィルム１００の外側部に於いて、任意の好都合な位置に組み込むことが できる。 動作時には、電圧源が圧力センサ手段７００のリード７０８上に加えられる。 圧力センサ７００の大きさ及びリード７０８上の電圧値は、公知の技術に従って 最適化されており、薄膜プレート７０２に対する微弱な圧力も、測定可能な静電 容量の増加を引き起こすようになっている。静電容量の変化を示す信号が出力リ ード７０９上では非常に弱いため、信号処理手段７１０が局部的に具備されてお り、圧力センサ７００からの信号を前処理して、マイクロプロ セッサ内の圧力勾配マッピング手段７１２に送るようになっている。圧力センサ ７００からの信号が小さいため、信号処理手段は、予め定められた閾値よりも大 きいか、またはそれより小さい信号を除去する。信号処理手段７１０は、ノイズ を除去するために圧力センサ手段７００の近くに配置されることが望ましい。 信号処理手段７１０は、静電容量の微小変化を表す信号を圧力勾配マッピング 手段７１２に出力する。圧力センサ７００は、静電容量の増加を表す信号が、予 め定められた大きさの圧力を推定するのに用いられるように較正される。信号処 理手段７１０は、複数の代表的な相対的圧力読み値を圧力勾配マッピング手段７ １２に送り返す。 圧力勾配マッピング手段７１２は、プローブの移動経路を確定する位置の軌跡 に対して圧力勾配マップを作成する。上述したように、適応的フィードバック手 段が移動経路上のプローブのセンタリングのために設けられており、プローブ上 のどの点に対しても全体的な圧力が最小化されるようになっている。圧力勾配マ ッピング手段７１２は、プローブのどの領域が圧力を弱められる必要があり、ま たその方向がどちらなのかを示す。公知の技術に従って、静電容量値／圧力値の ルックアップテーブル（図示せず）がマイクロプロセッサ内に組み込まれている 。マイクロプロセッサは、ルックアップテーブルを用いて、プローブの選択され た領域に於ける圧力を最小化するように、ＳＭＡアクチ ュエータ素子の駆動シーケンスを決定する。 本発明の別の側面に従うと、公知の技術に従ってＳＭＡアクチュエータを有す るフィルムのＶＬＳＩ内に一体に組み込まれた複数の薄膜状容量性線形歪みゲー ジによって、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムの精密な制御が達成される 。各容量性線形歪みゲージは、対応するＳＭＡアクチュエータ１０５の角度変位 を測定するように配置される。 第８図に示されているように、容量性線形歪みゲージ８００は、２つの直線上 に重なり合う複合プレート８０２、８０４を含んでいる。各複合プレート８０２ 、８０４は、薄膜状の導体層８０２ａ、８０４ａと、対応する絶縁層８０２ｂ、 ８０４ｂとを含んでいる。導電層は、従来のＶＬＳＩプロセス技術に従って、ス パッタリング、めっき、または蒸着などによって形成することができる。絶縁層 ８０２ｂ、８０４ｂは互いに隣接しており、第８図に於いて矢印によって示され ているように直線的な変位に応じて互いに横方向に移動する。一方の絶縁層８０ ２ｂは、例えばＳｉＮｉから形成されている。隣接する絶縁層８０４ｂは、テフ ロンなどによって形成されていることが好ましい。絶縁破壊を防ぐため、隣接し て対向する絶縁層８０２ｂ、８０４ｂを備えた複合層８０２、８０４を用いるこ とが望ましいが、それは、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム内の電圧が１ ０⁸Ｖ／ｍに達する一方、導体プレート８０２、 ８０４の距離はできるだけ近くしなければならないためである。 従って、２つの導体プレート８０２ａ、８０４ａは、絶縁媒体、絶縁層８０２ ｂ、８０４ｂによって分離されている。複合プレート８０２、８０４は、プレー ト８０２、８０４と一致した単一平面内で直線的に動くように配置されている。 ボリイミドまたは他の適切な材料からなる戻りスプリング８０６は、プレート ８０２、８０４を、関連する変位力が取り除かれたときに最初の位置に戻す働き をする。拘束部材８１０、８１２は、平面内の動きから逸脱しないように拘束す る働きをするように備えられている。エンドストップ８１４ａ、８１４ｂは直線 的な動きを制限するために設けられている。 対応するＳＭＡアクチュエータの直線的な動きに応答して、重なり合うプレー ト８０２、８０４の領域は減少し、それによって静電容量が小さくなる。静電容 量の減少は、当業者には公知の信号処理技術に従って、局部増幅回路を含む信号 処理装置８０８によって検出され、それほど実験を必要とすることなく実現され る。重要なことは、容量性線形歪みゲージと関連する信号プロセッサがＳＭＡア クチュエータを有するフィルムのＶＳＩＬ内に一体に形成されているということ である。信号処理手段８０８を、その関連する容量性線形歪みゲージに実用的な 程度に近接して配 置し、微弱な信号がノイズによって失われないようにすることが好ましい。信号 処理装置の機能は、静電容量を表す増幅された信号をマイクロプロセッサに伝達 することである。 本発明の一側面に従うと、信号処理手段８０８は容量性線形歪みゲージ８００ からの微弱な信号の周波数及び位相を検出する手段を含んでいる。これは、公知 の技術に従って、ＶＬＳＩ内に一体に形成されて、ＳＭＡアクチュエータを有す るフィルム内に組み込まれたリング発信器（ｒｉｎｇ ｏｓｃｉｌａｔｏｒ）を 介して行われることが好ましい。リング発信器は、基本周波数と静電容量の変化 によって変化した周波数とを比較する。これによって、ノイズに対する高い耐性 と共に、非常に高い感度を得ることができるという利点がある。従って、信号処 理手段８０８は、極めてロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）であり、劣悪な動作環境にも 耐えることができると共に、極めて高い感度を維持することができる。従って、 これによってＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００の非常に精密な制御 が達成される。 容量性線形歪みゲージ８００のプレート８０２、８０４の直線的な変位と、そ の結果の静電容量との間には直接的な線形の関係があることがわかっている。従 って、マイクロプロセッサが各ＳＭＡアクチュエータの位置を検出された静電容 量の変化の関数として推定することは、簡単なプ ロセスである。容量性線形歪みゲージは、公知の技術に従った適当な機械的な増 幅手段によってＳＭＡアクチュエータの各々のジョイント角度を測定するための 手段を提供する。これから、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムの全体的な 形状を所与の位置に於いて計算することができる。 上述した容量性線形歪みゲージは、従来のセンサ手段に対して非常に小型化さ れており、ＳＭＡアクチュエータ１０５に隣接して、またはその上に配置される ように、ＶＬＳＩポリイミドシート１００上に組み込むことができるという利点 を有している。本発明のこの側面によって提供されるＳＭＡアクチュエータ及び センサに着色することによって、制御性を大幅に改善することができる。容量性 線形歪みゲージ８００もまた、非常に小さな変位を極めて正確に検知することが できる。これによって、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムの動きをマイク ロプロセッサによって精密に制御することができる。 理解されるように、ＶＬＳＩ形成に対して適合された任意の数のセンサを、本 発明の範囲を逸脱することなく、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムに組み 込むことができる。例えば、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムが動作する 環境のパラメータを測定するための様々なタイプのセンサ手段をＳＭＡアクチュ エータを有するフィルム１００上のＶＬＳＩ内に一体的に形成することができる 。 公知の技術によって、ＶＬＳＩ内に形成されたホール効 果センサをＳＭＡアクチュエータを有するフィルム１００内に組み込んで磁場を 測定することもできる。外科手術に於いて、例えば酸素濃度センサのように化学 ポテンシャルの変化を検出したり、温度変化を検出したりするためのＶＬＳＩセ ンサを、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム上のＶＬＳＩ内に組み込んで、 温度変化や化学物質の微小な濃度変化を測定することも有益である。 本発明の一側面として、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム内の各ＳＭＡ ジョイントにＶＬＳＩ遠隔測定手段を組み込み、それによって、上述したＶＬＳ Ｉセンサによって得られた測定データをリモート受信機に伝送することも考えら れる。例えば、超音波変換器、電磁波発生器、マイクロ波発生器、またはＬＥＤ 発光器／受光器対を、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム上のＶＬＳＩ内に 一体に形成することによって、環境パラメータを瞬時にフィードバックすること もできる。 医療分野の応用で、ＳＭＡアクチュエータを有するフィルム内の各ジョイント に於いてＶＬＳＩ内に超音波変換器を一体に組み込むことは有益であろう。超音 波変換器は、遠隔測定手段と組み合わせて用いることができ、ＳＭＡアクチュエ ータを有するフィルムの周囲の物質または間にある組織及び／またはＳＭＡアク チュエータを有するフィルムの位置を映像化することができる。 再度第６図を参照されたい。理解されるように、本発明 の別の側面に従うと、位置マッピング手段４１５によって確立される基準アレイ は、プローブ４００が経路に沿って進行するとき、その幾何学的複雑さに関係な くプローブ４００の移動の理想的な軸を決定する角度位置の軌跡に対応している 。位置マッピング手段４１５の基準アレイは、移動経路上の位置間隔に対して、 アクチュエータを有するフィルム１００のそれぞれのセグメント内の各ＳＭＡア クチュエータ素子の角度位置にも対応している。従って、プローブ４００の可動 部分全体の形状を、移動経路上の任意の与えられた位置に対して、マイクロプロ セッサによって求めることができる。 本発明の更に別の側面に従うと、位置マッピング手段は、移動経路上の任意の 点に於いて、プローブ４００がその方向を自発的に反転することを可能とする。 位置マッピング手段４１５の基準アレイ内に格納されたデータによって、プロー ブが理想的な移動経路を逆方向に精密に再現することが可能となる。 本発明による空間的に分布配置されたアクチュエータを有するフィルムによっ て取り巻かれたカテーテルのような医療デバイスまたはプローブは、幾何学的に 複雑な経路に沿って、三次元の自由な動きをする一方で、理想的な移動経路を記 録することができる。理想的な移動軸を規定する位置の軌跡を確立する基準アレ イがいったん確立されると、記憶された経路を極めて高速に再現することができ 、プロ ーブまたはカテーテルは、その形状を決定する活性化シーケンスと方向の両方を 瞬時に反転することができ、それによって、複雑な移動経路に対しても、その位 置を正確にたどることができる。この意味で、本発明による空間的に分布配置さ れたＳＭＡアクチュエータを有するフィルムによって取り巻かれたプローブまた はカテーテルは、位置マッピング手段内に記憶された極めて複雑な移動経路に対 しても自立的に動作可能である。 ＳＭＡアクチュエータを有するフィルムによって取り巻かれた操縦可能なカテ ーテルは、従来の操縦可能なＳＭＡデバイスに比べて大きな利点を有する。例え ば、本発明によると、操縦可能なカテーテルは電気的に制御され、それによって 、例えば定常波、自動操縦のような精巧な動きをすることができ、更に、複数の 所望のカテーテル端部を有する構造を操作することもできる。本発明に従ったデ バイスは、剥離デバイス（ａｂｌａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）にも適用できる。 更に、本発明による操縦可能なＳＭＡデバイスは、０．５秒間隔で動作するこ とができ、それによって、柔軟な動きを維持し、心臓が細動を起こしていても、 心筋の表面に傷を付けることなく接触しつつそれに沿って移動可能である。本発 明に従ったカテーテルは、電気的に活性化されるまでは非常に柔軟性があるため 、開ループモードで動作するときにも、過剰な力によって血管壁に損傷を与える こと がない。 本発明の空間的に分布配置されたＳＭＡアクチュエータを有するフィルムの基 本的な応用は医療機器分野での応用、特にカテーテルへの応用であるが、本発明 はカテーテルデバイスに利用するのに限られるわけではない。一体に形成された ＶＬＳＩ制御及び駆動回路を備えた空間的に分布配置されたＳＭＡアクチュエー タを有するフィルムは、動的な外科用器具または非破壊検査のためのプローブの ような、三次元空間内の自由な遠隔制御された動きが利点を有する任意のデバイ スに対して適用することができる。 例えは、本発明による空間的に分布配置されたＳＭＡを有するフィルムは、動 的な外科用器具の遠位端部に取り付けることもできる。位置マッピング手段内に 理想的な移動軸を決める位置の軌跡が記憶されると、外科用器具が移動経路に沿 って自立的に動作することができるため、このことは、自動外科手術の分野で非 常に広い応用を有していると思われる。 本発明に従ったデバイスは、小型の、シリコンを基にした電荷結合素子（ＣＣ Ｄ）と共に使用するのにも適している。これによって、タービンエンジンのよう な幾何学的に複雑な領域を光学的に映像化して、欠陥検査などに役立てることが できる。本発明によるＳＭＡアクチュエータを有するフィルムは数ミクロンの厚 さにまで小型化でき、決まった移動経路上を自立的に移動することができるため 、本 発明は医療装置、ロボット工学分野、そして特に非破壊テストの領域に於いて広 範に応用することができる。理解されるように、本発明の上述したような側面に よって、反対に配置されたアクチュエータ素子、外部制御アーム、結合手段、な どのような従来の操縦可能なＳＭＡデバイスに於いてそれらを活性化後に元の位 置まで戻すために必要であったものが概ね不要になっている。 理解されるように、ＳＭＡアクチュエータを備えたプローブを移動経路上にセ ンタリングするための等価な構成は、プローブの外側に組み込まれて、温度勾配 マップなどを作成するのに用いられる信号を出力することのできる、複数の温度 センサまたは距離センサを含む。また、プローブの精密な制御は、線形変動差分 変換器（ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｒｒｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｒａ ｎｓｆｏｒｍｅｒｓ：ＬＶＤＴｓ）または歪みゲージを介して、ＳＭＡアクチュ エータの位置、変位（位置変化）及び相対的な伸びを測定することによって達成 される。このような等価構成は、プローブを移動経路上にセンタリングするため の公知の適応的フィードバック法と共に用いることができ、当業者によって、そ れほど実験をすることなく実現されるものである。従って、そのような等価構造 は、全て添付の請求の範囲内に入るべきである。 当業者には理解されるように、ＳＭＡアクチュエータ素子は、例えばＣｕ−Ｚ ｎ−Ａｌ、またはＴｉＮｉ等のよう な適切なワン・ウェイ形状記憶物質から構成してもよい。更に、当業者には理解 されるように、ＳＭＡアクチュエータ素子は、マルテンサイトからオーステナイ トへの相変化から得られる有用な動きができるだけ大きくなるように、様々な形 状にすることができる。従って、当業者には理解されるように、そのような等価 な構造または構成は、添付の請求の範囲及び精神内に含まれるべきである。 本明細書中で使用された形状記憶合金アクチュエータは、形状記憶金属アクチ ュエータ、圧電物質、負または正の膨張係数を有する物質のような、電界／磁界 を加えることによって、または加熱または冷却によって膨張または収縮するよう な任意の等価な物質を含む。従って、同じような機能を与えるそのような物質は 、添付の請求の範囲に含まれるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 と接続されても良い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．形状記憶合金アクチュエータを有するフィルムであって、 基板と、 前記基板に配置され、電流によって所望の値に抵抗加熱されたとき、前記基板 の隣接する部分に動きを与えるための複数の形状記憶アクチュエータ手段と、 前記形状記憶アクチュエータ手段のうちの関連するアクチュエータ手段に接続 され、制御信号に応答して１つまたは複数の前記形状記憶アクチュエータ手段を 選択的に駆動するべく前記電流を供給するスイッチ手段と、 前記スイッチ手段を選択的に動作させるための前記制御信号を出力し、前記基 板の三次元の所望の動きを発生させる制御手段とを有することを特徴とする形状 記憶合金アクチュエータを有するフィルム。 ２．前記基板が可撓性を有するＶＬＳＩシートを有し、 前記可撓性を有するＶＬＳＩシートが、 前記ＶＬＳＩシートの近位の部分に配置されたＶＬＳＩ内に形成された制御及 びアドレスデコード回路と、 前記可撓性を有するＶＬＳＩシートの遠位の端部に互いに間隔を置いて配置さ れ、かつ前記制御及びアドレスデコード回路と機能的に接続された、三次元の概 ね連続した多節可動体の操作機能を提供するための複数の形状記憶合金記憶アク チュエータ手段とを有することを特徴とする請求 項１に記載の形状記憶合金アクチュエータを有するフィルム。 ３．前記形状記憶合金アクチュエータ手段が、前記基板のＶＬＳＩ内に配置され ていることを特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータを有する フィルム。 ４．前記スイッチ手段が、 電源に接続された入力リードと、前記制御回路手段に接続されたイネーブルリ ードと、対応する前記形状記憶合金アクチュエータ手段に、予め決められた相活 性化電流を供給する出力リードとを各々が備えた複数のＣＭＯＳトランジスタを 有することを特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータを有する フィルム。 ５．前記基板が、 前記形状記憶合金アクチュエータ手段の動きを最大にし、かつ前記ＶＬＳＩシ ートの歪みを予め決められた値に制限するために配置された複数の長手方向に延 在する波形部分を更に有することを特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金ア クチュエータを有するフィルム。 ６．前記制御回路手段が、 前記基板を所望に応じて動かすために前記スイッチ手段を選択的に作動させる ための、マイクロプロセッサ手段に応答するアドレスデコード回路を有すること を特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータを有するフィルム。 ７．前記制御回路手段が、 前記形状記憶合金アクチュエータ手段の角度位置の軌跡からなる活性化の順序 データを記憶するための位置マッピング手段を更に有することを特徴とする請求 項６に記載の形状記憶合金アクチュエータを有するフィルム。 ８．前記基板の前記遠位の端部の関連するセグメントの角度位置を検知し、かつ 前記マイクロプロセッサへ前記角度位置を表す出力信号を出力するための前記基 板の前記遠位の端部に設けられた複数のセンサ手段を更に有することを特徴とす る請求項７に記載の形状記憶合金アクチュエータを有するフィルム。 ９．前記マイクロプロセッサが、 前記センサ手段からの前記出力信号に応答して、前記基板を所望の移動経路に 沿って中央に配置するための適応的フィードバック手段を更に有することを特徴 とする請求項８に記載の形状記憶合金アクチュエータを有するフィルム。 １０．前記マイクロプロセッサが、 前記基板が前記所望の移動経路の任意の点に対して方向及び対応する形状の反 転を可能にするべく、逆の順序で前記形状記憶アクチュエータ手段を選択的に駆 動する出力信号を、前記スイッチ手段へ供給する手段を更に有することを特徴と する請求項９に記載の形状記憶合金アクチュエータを有するフィルム。 １１．空間的に分布配置された形状記憶合金アクチュエー タを有するフィルムであって、 移動経路に沿って三次元的に自由に運動できるように円筒形状に巻回されるよ うに適合された可撓性を有する基板と、 前記基板にＶＬＳＩ技術によって形成された複数の形状記憶合金アクチュエー タと、 各々が、前記形状記憶合金アクチュエータに接続され、選択された形状記憶合 金アクチュエータをその活性化閾値まで抵抗加熱して角度変位を起こすべく電流 を供給するために、制御信号に応答する複数の駆動手段と、 前記可撓性を有する基板を所望の移動経路に沿って移動させるべく、選択され たアクチュエータ手段に前記制御信号を供給する制御手段とを有することを特徴 とする空間的に分布配置された形状記憶合金アクチュエータを有するフィルム。 １２．前記複数の形状記憶合金アクチュエータが、 動作時に三次元の自由な動きを前記基板に与えるべく、前記基板が円筒形を形 成するように巻回された時、前記円筒形の表面に間隔を置いて配置されると共に 前記基板の遠位の部分に形成された形状記憶合金アクチュエータ素子からなる間 隔の設けられたアレイを更に有することを特徴とする請求項１１に記載の空間的 に分布配置された形状記憶合金アクチュエータを有するフィルム。 １３．前記基板が、 三次元の概ね連続な多節可動体の操作機能を提供し、かつ前記基板の歪みを予 め決められた値に制限するための、前記基板の動作軸に概ね直交して延在する複 数の波形部分手段を更に有することを特徴とする請求項１２に記載の空間的に分 布配置された形状記憶合金アクチュエータを有するフィルム。 １４．三次元的に自由にプローブを動作させる方法であって、 変形の軸に沿った動きに適合した複数の形状記憶合金素子を、半導体基板のＶ ＬＳＩ内に形成する過程と、 対応する形状記憶合金アクチュエータを活性化閾値まで抵抗加熱する電流を供 給するための対応する複数の駆動手段を、前記基板のＶＬＳＩ内に製造する過程 と、 前記基板を円筒形の形状をなすように巻回し、前記形状記憶合金アクチュエー タを前記基板の外周面に間隔を置いて配置する過程と、 移動経路に沿って前記基板の所望の動きを発生させるべく選択された形状記憶 合金アクチュエータを駆動するように前記駆動手段を選択的にイネーブルする、 前記駆動手段と電気的に接続されたマイクロプロセッサを提供する過程とを有す ることを特徴とする三次元的に自由にプローブを動作させる方法。 １５．複数の形状記憶合金アクチュエータを形成する前記過程が、 前記形状記憶合金アクチュエータの動きを最大にするべく、複数の波形部分を 、前記形状記憶素子の変形の前記軸に対して概ね直交するように前記基板にエッ チングする過程を更に有することを特徴とする請求項１４に記載の三次元的に自 由にプローブを動作させる方法。 １６．複数の形状記憶合金アクチュエータを形成する前記過程が、 前記形状記憶合金アクチュエータを可撓性を有するポリイミド基板の上に間隔 の設けられたアレイとして形成し、三次元での自由な動きを提供するべく、前記 形状記憶合金アクチュエータが前記可撓性を有する基板の外周面に沿って間隔を 置いて配置されるように、前記基板を所定の軸を中心として巻回する過程を更に 有することを特徴とする請求項１４に記載の三次元的に自由にプローブを動作さ せる方法。 １７．制御された三次元の動きを提供するように形状記憶合金材料を使用する方 法であって、 ＶＬＳＩの形成に適した可撓性を有する基板の遠位の部分にスパッタリングに よって複数の形状記憶合金素子を形成するスパッタリング過程であって、前記形 状記憶合金素子の各々が、所定の作動軸を中心として前記基板の隣接する部分に 動きを与える、前記スパッタリング過程と、 １つまたは複数の選択された前記形状記憶合金素子に電流を供給して活性化閾 値まで抵抗加熱するために、前記形 状記憶合金素子のうちの対応する素子に各々が接続された複数のスイッチ手段を 前記ＶＬＳＩに提供する過程と、 制御信号に応答して前記基板の前記遠位の端部を三次元的に所望どおりに動か すべく、前記スイッチ手段を選択的に作動させるように前記スイッチ手段を接続 する制御回路手段を、前記基板の近位の部分の前記ＶＬＳＩ内に形成する過程と を有することを特徴とする形状記憶合金材料を使用する方法。 １８．前記形状記憶合金素子の前記所定の作動軸と概ね直交して前記基板に配置 された複数の波形部分を提供する過程と、 前記可撓性を有する基板を円筒形に巻回して、前記波形部分を前記円筒形に巻 回された基板の外周面に配置し、かつ前記波形部分を、前記形状記憶合金素子が 活性化された時に、三次元での自由な動きを可能とすると共に歪みを予め決めら れた値に制限するように適合させる過程とを更に有することを特徴とする請求項 １７に記載の形状記憶合金を使用する方法。 １９．複数の形状記憶合金素子をスパッタリングする前記スパッタリング過程が 、 前記基板が柔軟なチューブを形成するように巻回されたとき、前記形状記憶合 金素子が前記基板の表面に間隔を置いて配置され、前記基板を三次元で概ね連続 して自由に動かすように、前記形状記憶合金素子を間隔を有するアレイ としてスパッタリングする過程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の形状 記憶合金の使用方法。 ２０．前記基板を巻回する前記過程が、 三次元で自由に動作する操縦可能なカテーテルを形成するべく、中空なカテー テルチューブに前記基板を巻回する過程を更に有することを特徴とする請求項１ ８に記載の形状記憶合金の使用方法。 ２１．前記基板を巻回する前記過程が、 前記基板の前記遠位の部分に能動的な外科用器具を取り付ける過程と、 所望の外科的処置を施すべく、前記外科用器具を調節可能に動作させるように 、前記形状記憶合金素子を選択的に活性化する過程とを更に有することを特徴と する請求項１８に記載の形状記憶合金の使用方法。 ２２．前記基板を巻回する前記過程が、 前記形状記憶合金素子が動作したときに、柔軟な素子を三次元空間で所望どお りに動かすべく、前記基板を前記柔軟な素子に巻回する過程を更に有することを 特徴とする請求項１８に記載の形状記憶合金の使用方法。 ２３．三次元空間で自由な動作を提供するための、空間的に分布配置された形状 記憶合金アクチュエータを有するフィルムの製造方法であって、 半導体基板を提供する過程と、 前記半導体基板に複数の波形部分を形成する過程と、 前記半導体基板の上に絶縁層を形成する過程と、 前記絶縁層の上にＴｉＮｉなどの形状記憶材料をスパッタリングする過程と、 前記形状記憶材料を焼き鈍しする過程と、 前記焼き鈍しされた形状記憶材料をエッチングして複数の形状記憶アクチュエ ータを形成する過程と、 前記形状記憶アクチュエータ素子をマスキングして、前記形状記憶アクチュエ ータの各々の周囲に窓を形成する過程と、 前記複数の形状記憶合金アクチュエータの上にポリイミドなどの可撓性を有す る絶縁層を形成する過程と、 前記絶縁層の上に、前記複数の形状記憶合金アクチュエータのうちの対応する アクチュエータと接続するための複数のＶＬＳＩスイッチ手段と、関連するアド レスデコード回路とを形成する過程と、 前記形状記憶合金アクチュエータと、関連するスイッチ手段と、アドレスデコ ード回路とが一枚の柔軟なシート上のＶＬＳＩ内に形成されるように、前記ポリ イミド層を前記基板から除去する過程と、 所望の動きを与えるべく、前記アドレスデコード回路と、前記形状記憶合金ア クチュエータを選択的に駆動するスイッチ手段とに機能的に接続されたマイクロ プロセッサを提供する過程とを有することを特徴とする空間的に分布配置された 形状記憶合金アクチュエータを有するフィルムの製 造方法。 ２４．複数の形状記憶合金アクチュエータを形成する前記過程が、 前記形状記憶合金アクチュエータを所望通りに動作させるための制御フィード バックを提供するべく、活性化された形状記憶合金アクチュエータの節の角度を 測定するための複数のセンサ手段を前記形状記憶合金素子の近傍にＶＬＳＩ技術 によって形成する過程を更に有することを特徴とする請求項２３に記載の空間的 に分布配置された形状記憶合金アクチュエータを有するフィルムの製造方法。 ２５．三次元空間で自由な動作を提供するための空間的に分布配置された形状記 憶合金アクチュエータを有するフィルムであって、 可撓性を有するＶＬＳＩ基板と、 電流が供給されて活性化閾値まで抵抗加熱されたとき、動作の軸に沿って変位 する、前記基板上のＶＬＳＩ内に形成された複数の形状記憶合金アクチュエータ 手段と、 各々が、制御信号を受け取ったとき、対応する形状記憶合金アクチュエータ手 段を抵抗加熱するために、前記形状記憶合金アクチュエータ手段のうちの対応す るアクチュエータ手段に接続された、前記基板上のＶＬＳＩ内に形成された複数 のスイッチ手段と、 前記制御信号を選択されたスイッチ手段に出力するための前記基板上のＶＬＳ Ｉ内に形成されたアドレスデコード 回路を備えた制御手段であって、前記制御信号は、前記アクチュエータ手段が前 記基板を所望どおりに三次元的に移動させるように選択されたアクチュエータ手 段の所望の動作を表している、前記制御手段とを有することを特徴とする空間的 に分布配置された形状記憶合金アクチュエータを有するフィルム。 ２６．前記制御手段が、前記基板上のＶＬＳＩ内に形成された複数のセンサ手段 を備えた適応的フィードバック手段を有し、 前記センサ手段は、対応するアクチュエータ手段の角度位置を測定するように 配置され、かつフィードバックループ内で前記制御手段と接続されていることを 特徴とする請求項２５に記載の空間的に分布配置された形状記憶合金アクチュエ ータを有するフィルム。 ２７．前記適応的フィードバック手段が、 各々が、選択されたアクチュエータ手段の節の角度を測定するために対応する アクチュエータ手段の近傍に配置され、かつ前記アクチュエータ手段の変位に比 例する測定可能な静電容量の変化を生み出す複数の容量性線形歪みゲージ手段を 更に有することを特徴とする請求項２６に記載の空間的に分布配置された形状記 憶合金アクチュエータを有するフィルム。 ２８．前記容量性線形歪みゲージ手段が、２枚の互いに重なり合う複合プレート を有し、前記複合プレートの各々は、 絶縁体からなる基部の上にスパッタリングによって形成された導体層を有し、 前記複合プレートの前記基部は互いに隣接して摺動するように配置されており 、対応するアクチュエータ手段の動きによって、前記重なり合う複合プレートが 直線的に変位し、前記アクチュエータ手段の前記変位に比例して前記静電容量が 変化することを特徴とする請求項２７に記載の空間的に分布配置された形状記憶 合金アクチュエータを有するフィルム。 ２９．改良型の抵抗加熱可能な形状記憶合金アクチュエータであって、 形状記憶合金アクチュエータと、 前記形状記憶合金アクチュエータを電気的に絶縁するために、前記形状記憶合 金アクチュエータに隣接して配置された歪除去層と、 前記歪み除去層の上に配置されて、前記歪除去層を通して熱を伝達して前記形 状記憶合金アクチュエータを抵抗加熱することで、前記形状記憶合金アクチュエ ータに必要な電流を低減する抵抗加熱手段とを有することを特徴とする改良型の 抵抗加熱可能な形状記憶合金アクチュエータ。 ３０．カテーテル、多節アクチュエータ内で、給電線などの電力供給源による寸 法の制約を受けた形状記憶合金アクチュエータを加熱する方法であって、 可撓性を有する絶縁層によって前記形状記憶合金アクチ ュエータを電気的に絶縁する過程と、 高い抵抗率と、高い耐酸化性とを有する導体層を可撓性を有する絶縁層に隣接 して形成する過程と、 前記絶縁層を通して熱を伝えることによって、前記形状記憶合金アクチュエー タがその活性化温度まで加熱されるように、前記導体層を抵抗加熱する過程とを 有することを特徴とする形状記憶合金アクチュエータを加熱する方法。 ３１．形状記憶合金アクチュエータの改善された制御を行うためのセンサであっ て、 前記形状記憶合金アクチュエータを電気的に絶縁しかつ前記形状記憶合金アク チュエータへの熱の伝達路を提供する、前記形状記憶合金アクチュエータに隣接 して配置された可撓性を有する層と、 前記可撓性を有する層に隣接して配置された、線形な温度特性を有する抵抗を 備えた導体層と、 前記導体層に所定の電流を流す手段と、 前記導体層の電圧降下を測定することによって前記導体層の抵抗を検知し、か つ前記検知された抵抗の関数として前記導体層の温度を求める回路手段であって 、前記導体層の前記温度は、前記形状記憶合金アクチュエータの駆動の程度、従 って位置を表す、前記回路手段とを有することを特徴とする形状記憶合金アクチ ュエータの改良された制御を行うためのセンサ。 ３２．形状記憶合金アクチュエータを加熱し、かつ前記形 状記憶合金アクチュエータの動作状態を決定するための単一の装置を用いる方法 であって、 前記形状記憶合金アクチュエータを可撓性を有する絶縁層で電気的に絶縁する 過程と、 線形な温度特性を備えた抵抗を有する導体層を前記絶縁層に隣接して配置する 過程と、 前記導体層に加熱電流を流し前記形状記憶合金アクチュエータを活性化する過 程と、 前記導体層に予め決められたセンサ電流を供給する過程と、 前記導体層の前記抵抗の線形な温度特性から、前記形状記憶合金アクチュエー タの温度を測定し、前記形状記憶合金アクチュエータの活性状態及び位置を求め る過程とを有することを特徴とする形状記憶合金アクチュエータを加熱し、かつ 前記形状記憶合金アクチュエータの作動状態を決定するための単一の装置を用い る方法。 ３３．前記形状記憶合金アクチュエータの前記温度を測定し、前記形状記憶合金 アクチュエータの前記活性状態と前記位置とを求める前記過程が、 前記予め決められたセンサ電流の関数として前記導体層の電圧降下を測定する 過程と、 前記予め決められたセンサ電流と前記測定された電圧降下とから前記導体層の 抵抗値を求める過程と、 前記導体層の前記抵抗の線形な温度特性に基づいて、前 記形状記憶合金アクチュエータの温度を求める過程とを有することを特徴とする 請求項３２に記載の方法。 ３４．短い直線上の変位を測定するためのＶＬＳＩ技術によって製造された装置 であって、 絶縁媒体によって隔てられた少なくとも２つの重なり合う導体プレートであっ て、前記導体プレートは、各々の前記導体プレートと一致する平面で直線上に動 くように配置され、前記導体プレートの重なり合う程度は最大値から最小値まで 変化する、前記少なくとも２枚の重なり合う導体プレートと、 前記２枚の導体プレートの相対的な位置を測定する手段であって、前記重なり 合う導体プレートの間に形成される静電容量に比例する可変周波数の出力信号を 発生する回路手段を有する、前記測定手段と、 前記可変周波数の信号を基準周波数と組み合わせて、発生したうなりをカウン トし、前記導体プレートの直線上の変位を表すための回路手段とを有することを 特徴とする短い直線上の変位を測定するためのＶＬＳＩ技術によって製造された 装置。 ３５．短い直線上の変位を測定するためのＶＬＳＩ技術によって製造された装置 であって、 絶縁媒体によって互いに隔てられた少なくとも２枚の互いに重なり合う導体プ レートであって、前記導体プレートは、前記導体プレートと一致する平面上で直 線上に動くよ うに配置され、前記導体プレートの重なり合う程度は最大値から最小値まで変化 する、前記少なくとも２枚の重なりあう導体プレートと、 前記導体プレートの間に形成された静電容量が前記導体プレートの直線上の変 位に比例することから、前記導体プレートの間に電圧を供給して前記導体プレー トの相対的な位置を測定する回路手段とを有することを特徴とする短い直線上の 変位を測定するためのＶＬＳＩ技術によって製造された装置。