JPH10156785A

JPH10156785A - 光駆動式マニピュレータ

Info

Publication number: JPH10156785A
Application number: JP34244096A
Authority: JP
Inventors: Sanenori Kobashi; 実紀小橋; Shigeo Maeda; 重雄前田; Osamu Toyama; 修遠山
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-06-16
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: JP3010577B2

Abstract

(57)【要約】【課題】形状記憶部材からなる駆動部材に、広範囲に
効率良く光を照射して駆動部材を加熱し、効率良く駆動
することができる光駆動式マニピュレータを提供するこ
と。【解決手段】コア２とクラッド３とからなる光ファイ
バ１の出射端のクラッド３を除去してコア２を露出した
状態とする。この露出したコア部１２は先端に向けて先
細り状になっており、露出したコア部の外周に、駆動部
材となる形状記憶合金コイル４が外嵌状に添設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、光ファイバからの
光の照射によって形状記憶部材からなる駆動部材を加熱
し、駆動する光駆動式マニピュレータに関し、特に内視
鏡などの医療機器への使用に好適な光駆動式マニピュレ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、形状記憶部材からなる駆動部材を
用いて、内視鏡などの長尺物の湾曲機構やマイクロバル
ブ、マイクロロボットなどの駆動機構の開発が行なわれ
ている。そして、このような用途に用いられる駆動部材
には一般的に形状記憶合金が用いられ、該形状記憶合金
の加熱は制御が容易であることなどから通電加熱により
行なわれている。

【０００３】しかしながら、医療用として用いる場合な
どは電気的な安全性についても確実にする必要があるこ
とから、光を照射することにより形状記憶合金を加熱す
る方法が提案されている。この光照射による加熱方法と
しては、形状記憶合金からなる駆動部材の一端に直接、
光を照射して加熱する方法が考えられるが、形状記憶合
金は熱伝導が悪いため、直接光が当たった部分しか加熱
されず、駆動部材が作動しない。

【０００４】また、他の方法として特開昭６３−１９４
６２８号公報に記載されているように光ファイバのクラ
ッド部を一部除去してコアを露出させ、この露出したコ
アの側面からの光の漏洩によって形状記憶合金に光を照
射し、加熱する方法が提案されている。しかしながら、
クラッド部を単に除去しただけではコア側面からの光の
漏洩の効率が悪く、大部分の光がコア先端から出射され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、形状
記憶部材からなる駆動部材に、広範囲に効率良く光を照
射して駆動部材を加熱し、駆動することができる光駆動
式マニピュレータを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光駆動式マニピ
ュレータは、光ファイバの出射端において、コアが露出
され、該露出されたコアは先細り状に形成されており、
該先細り部に形状記憶部材からなる駆動部材が添設され
ていることを特徴とするものである。

【０００７】前記露出したコアの形状は先細り状であれ
ば特に制限はなく、露出したコアの側面から効率的に、
好ましくは均一に光を出射できればよい。例えば円錐
状、三角錐状、階段状に順次細くなっていく形状など駆
動部材の形状や大きさなどによって適宜決定することが
でき、その中で、コア部を光ファイバ先端に向けて階段
状にコア径を細くしていく形状は作製が容易であるなど
の点から好ましい。

【０００８】また、前記駆動部材は形状記憶部材であれ
ば特に制限はなく、形状記憶合金や形状記憶樹脂、ある
いはそれらの複合体などを適宜用いることができ、また
形状も線材やコイル、板材などを適宜用いることができ
るが、形状回復力が大きい、制御が容易であるなどの点
から材料は形状記憶合金とすることが好ましく、その中
でも特にＴｉＮｉ形状記憶合金は形状記憶動作の安定性
や制御性などの点から特に好ましい。さらに、駆動部材
に形状記憶合金を用いる場合は変位量を大きくすること
ができるなどの点からコイル形状とすることが好まし
い。

【０００９】さらに、駆動部材を形状記憶合金コイルと
し、該形状記憶合金コイルの中空部にコアを露出した光
ファイバの出射端を挿入することは、コアの露出により
折れやすいなど物理的に弱くなっている光ファイバの出
射端を形状記憶合金コイルにより保護することができる
とともに、前述のように大きな形状回復力や変位量など
を得られるので好ましい。

【００１０】また、先細りしたコアから駆動部材に対し
て広範囲に光を照射する場合にも、設置条件や先細り部
の形状、駆動部材の形状などによっては、駆動部材内に
温度差が生じる可能性があり、そのような場合にも駆動
部材の加熱状態を均一にできるようにすることが望まし
いことから、形状記憶部材からなる駆動部材を、前記形
状記憶部材よりも熱伝導の良好な材料によって被覆する
ことが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の態様】以下発明の実施態様につき詳細に
説明する。図１は本発明の光駆動式マニピュレータの一
実施例を示した図である。図にしたがって説明すると、
１はコア２とクラッド３とからなる光ファイバであり、
該光ファイバ１の出射端はクラッド３が除去されてコア
２が露出した状態となっている。そして、この露出した
コア部１２は先端に向けて先細り状になっており、露出
したコア部の外周に、駆動部材となる形状記憶合金コイ
ル４が外嵌状に添設されている。

【００１２】このように光ファイバ１の出射端のクラッ
ド３を除去してコア２を露出させ、該露出したコア１２
を先細り状にすることによって、露出したコア１２の側
面から効率良く光を出射させることができ、前記形状記
憶合金コイル４に広範囲に光を照射することができる。
したがって、形状記憶合金コイル４を広範囲にほぼ均一
に加熱することができ、形状記憶合金コイルを良好に作
動させることができる。

【００１３】前記光ファイバとしては、出射端まで光を
案内できればよく、例えば石英系、多成分ガラス系、プ
ラスチック系などが例示される。

【００１４】また、駆動部材は前記露出したコアに添設
されていればよく、例えば駆動部材が線材や板材からな
る場合、該線材や板材を先細りしたコアの出射面に沿っ
て設けたり、駆動部材がコイルからなる場合、該コイル
が先細り形状の露出したコア部分を覆うように設けた
り、また、該コイルに前記露出したコアの先細り形状の
傾斜と同じ傾斜をもつようにテーパを付与して、前記露
出したコアの外周面と前記コイルの内周面との傾斜が同
じ方向となるように露出したコアにコイルを被せるよう
に設けるなど駆動部材の形状や設置スペースなどにより
適宜決定することができる。

【００１５】さらに、前記露出したコアから出射される
光は必ずしも駆動部材全体に照射されなければならない
わけではなく、例えば駆動部材の半分以上に照射可能に
配置し、駆動部材に熱伝導の良好な材料を被覆しておく
ことにより、駆動部材を概ね加熱することができる。ま
た、例えば駆動部材がコイルの場合に、該コイルの両端
を固定し、該コイルの一部を照射可能に前記露出したコ
アを配置することにより、１本のコイルでバイアス力を
もった拮抗型の駆動部材とすることもできる。このよう
な拮抗型の駆動部材とする場合には、照射可能な範囲を
半分とすることにより同じコイルを２つ用いた状態と同
じになり、駆動部材の設計、制御などが容易になるので
好ましい。

【００１６】また、前記駆動部材に被覆する熱伝導の良
好な材料としては、金属や樹脂など適宜決定することが
でき、また被覆の方法もメッキや蒸着など従来良く知ら
れた方法で被覆することができる。

【００１７】

【実施例１】以下具体的な実施例につき説明する。本実
施例では図１に示した構造の光駆動式マニピュレータを
作製した。図１は本実施例の光駆動式マニピュレータの
長手方向の断面図である。図にしたがって詳述すると、
光ファイバ１は、出射端がクラッド３を除去してコア２
を露出した状態となっており、この露出したコア部１２
は先端に向けてコア径が２段階に順次細くなるように、
つまり、まずコア露出部の根元側を第１の縮径部１２ａ
として光ファイバ１のコア径よりも細いコア径に形成
し、さらにコア露出部先端側を第２の縮径部１２ｂとし
て前記第１の縮径部１２ａよりもさらに細く形成されて
いる。また、駆動部材４には形状記憶合金コイルが用い
られている。そして、該形状記憶合金コイル４の中空部
内に前記露出したコア部１２を挿入し、光駆動式マニピ
ュレータを作製した。

【００１８】このようにして作製されたマニピュレータ
の動作について説明すると、前記光ファイバ１を光源に
接続し、光を入射すると、前記露出されたコア部１２の
各段の側面から光は出射され、前記形状記憶合金コイル
４の内面のほぼ全面に照射された。その結果形状記憶合
金コイル４は全体にわたってほぼ均一に加熱され、形状
回復し、マニピュレータが作動する。

【００１９】

【実施例２】本実施例は実施例１に示した構造の光駆動
式マニピュレータの光ファイバ１のみを図２に示す構造
に変更したものである。図２に示すように本実施例で用
いられた光ファイバ１は露出したコア部１２の形状を先
端を頂点とする円錐形状としたものである。

【００２０】

【比較例１】比較例１として図５に示すように光ファイ
バ１の出射端に若干の間隔をおいて形状記憶合金コイル
４が配置された光駆動式マニピュレータを作製した。

【００２１】

【比較例２】本比較例は実施例１に示した構造の光駆動
式マニピュレータの光ファイバ１のみを図６に示す構造
に変更したものである。図６に示すように本比較例で用
いられた光ファイバ１は、該光ファイバ１の出射端のク
ラッド３を除去してコア２を露出させたもので、露出し
たコア部１２が先細り状になっていないものである。

【００２２】前述の実施例１、２および比較例１、２に
おける形状記憶合金コイル４に対する加熱可能範囲を調
べるため、形状記憶合金コイル４に素線径１５０μｍ、
コイル外径４５０μｍ、長さ１５ｍｍの密巻き状態のＴ
ｉＮｉ合金コイルを用いて、実施例１、２および比較例
２では、光源には波長１．４８μｍのレーザ光源を、光
ファイバ１には、ＧｅＯ₂−ＳｉＯ₂からなる直径５０
μｍのコア２と、ＳｉＯ₂からなる直径１２５μｍのク
ラッド３とを有するマルチモードファイバを用いて、ま
た、比較例１では光源には波長８１０ｎｍのレーザ光源
を、光ファイバ１には、コア径４００μｍ、クラッド径
６００μｍのマルチモードファイバを用いて、形状記憶
合金コイル４にレーザ光を照射し、放射温度計で形状記
憶合金コイル４の温度を測定した。なお、実施例１、２
および比較例２の露出したコア部１２の長さはいずれも
１０ｍｍとし、露出したコア部１２の全長を形状記憶合
金コイル４内に挿入した。

【００２３】結果を図３に示す。図は縦軸が形状記憶合
金コイルの温度を表し、図中のＡｆ点は使用した形状記
憶合金コイル４の変態温度を表している。また、横軸が
測定点つまり形状記憶合金コイル４の一端からの距離を
表し、形状記憶合金コイル４の光ファイバ１側の端部を
基準としている。図３に示すように比較例１では形状記
憶合金コイル４のファイバ側端部しか温度が上昇せず、
比較例２では露出したコア部１２の先端付近しか形状記
憶合金コイル４の温度が上昇しなかった。これに対し、
本発明の実施例である実施例１、２ではいずれも形状記
憶合金コイル４のほぼ全長にわたって温度を上昇させる
ことができた。したがって形状記憶合金コイル４のほぼ
全体を形状回復させることができ、光駆動によりマニピ
ュレータを効率良く作動させることができる。

【００２４】また、本発明の光駆動式マニピュレータを
立体視スコープに適用した例を図４に示している。図に
したがって詳述すると、略平行に２本のイメージガイド
５、５が配置され、該２本のイメージガイド５、５の先
端側に連動用ワイヤ７をかけわたし、該連動用ワイヤ７
に牽引ワイヤ６を接続し、該牽引ワイヤ６を形状記憶合
金コイル４に接続し、該形状記憶合金コイル４は両端を
固定部材８に固着している。形状記憶合金コイル４は密
巻き状態を記憶させ、それを伸長させた状態で取付けて
いる。光ファイバ１は出射端のクラッド３を除去してコ
ア２を露出させ、該露出したコア１２を円錐状に形成す
る。そして、該円錐状に形成されたコア露出部１２は、
全長を前記形状記憶合金コイル４の中空部内に挿入して
固着され、形状記憶合金コイル４の基端側から約１／３
の位置に配置されている。なお、立体視スコープは外被
１０が被覆され、スコープ先端にはキャップ９を取付け
た構造となっている。

【００２５】このように構成した立体視スコープは、光
源より光ファイバ１にレーザ光を入射すると、光ファイ
バ１の出射端の露出したコア部１２よりレーザ光を出射
し、形状記憶合金コイル４にレーザ光を照射する。形状
記憶合金コイル４はレーザ光を照射された基端側の約半
分の部分が加熱されて形状回復し収縮する。これによ
り、形状記憶合金コイル４に接続された牽引ワイヤ６が
牽引され、該牽引ワイヤ６が接続された連動用ワイヤ７
が引っ張られて、該連動用ワイヤ７がかけわたされた２
本のイメージガイド５、５がスコープ中心方向に引っ張
られ、輻輳角が変化し立体視像が得られる。なお、レー
ザ光の照射をやめると前記形状記憶合金コイル４の形状
回復していない部分がバイアスバネとなり、初期状態に
復帰する。

【００２６】このように本発明の光駆動式マニピュレー
タを用いることによって光駆動式の立体視スコープを得
ることができる。なお、光駆動式マニピュレータは立体
視スコープへの適用に限られる訳ではなく、内視鏡の湾
曲機構やマイクロバルブ、マイクロロボットなど駆動源
として広く使用できることは言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した通りの本発明の光駆動式マ
ニピュレータによれば、光ファイバの出射端のコアを露
出させ、該露出したコアを先細り状にしたことによっ
て、形状記憶部材からなる駆動部材に、広範囲に効率良
く光を照射することができ、駆動部材を広範囲に効率良
く均一に加熱することが可能となり、駆動部材を良好に
作動させることができるという優れた効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光駆動式マニピュレータの長手方向の
断面図である。

【図２】本発明の光駆動式マニピュレータに用いる光フ
ァイバの他の実施例の長手方向の断面図である。

【図３】実施例１、２および比較例１、２の光駆動式マ
ニピュレータの加熱可能範囲の測定結果を示した図であ
る。

【図４】本発明の光駆動式マニピュレータを適用した立
体視スコープの長手方向の断面図である。

【図５】従来の光駆動式マニピュレータの長手方向の断
面図である。

【図６】従来の光駆動式マニピュレータの他の実施例の
長手方向の断面図である。

【符号の説明】

１光ファイバ２コア３クラッド４駆動部材５イメージガイド６牽引ワイヤ７連動用ワイヤ８固定部材９先端キャップ１０外被１２コア露出部１２ａコア露出部の第１の縮径部１２ｂコア露出部の第２の縮径部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバの出射端において、コアが露
出され、該露出されたコアは先細り状に形成されてお
り、該先細り部に形状記憶部材からなる駆動部材が添設
されていることを特徴とする光駆動式マニピュレータ。
【請求項２】露出したコアが、ファイバ先端に向けて
階段状に順次細くなっていることを特徴とする請求項１
記載の光駆動式マニピュレータ。
【請求項３】駆動部材が形状記憶合金コイルからな
り、該形状記憶合金コイルの中空部に光ファイバの出射
端を挿入したことを特徴とする請求項１または２記載の
光駆動式マニピュレータ。
【請求項４】形状記憶部材からなる駆動部材が、該形
状記憶部材に比べて熱伝導の良好な材料によって被覆さ
れていることを特徴とする請求項１から３いずれかに記
載の光駆動式マニピュレータ。