JPH1029190A - 能動屈曲機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長尺物の長手方向に対してより短く構成する
ことが可能な能動屈曲機構を提供すること。 【解決手段】 長尺物Ａに、糸状物１の一端が接続され
た第一の部位Ａ１と、屈曲させるべき第二の部位Ａ２
と、前記糸状物１の他端を引っ張る引張り機構を有する
第三の部位Ａ３とを、長手方向に順に設ける。引張り機
構は支点部２と形状記憶部材３を有する。形状記憶部材
３は長尺物の外周を回る方向に変位し原形状への復帰動
作を行ない得る。形状記憶部材と第一の部位とは糸状物
によって連結されているが、糸状物は支点部において張
りの方向が変えられており、形状記憶部材の変位が支点
部において長手方向の変位に変換され、第一の部位を長
手方向に引張り、第二の部位が屈曲する。この構造を用
いて、コンパクトな構造を有する双方向の首振り機構が
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、長尺物の所定部位
における屈曲状態を自在に操作可能な能動屈曲機構に関
する。

【０００２】

【従来の技術】生体内や設備内の細部、屈曲した配管の
奥深くに挿入され、その先端側に付与された種々の機能
を手元側で操作することが可能な長尺状の機器が知られ
ている。例えば、カテーテルやマニピュレーターなどが
それである。このような長尺状の機器に対して、先端部
や中間部の屈曲状態を自在に操作できるような機構（以
下、「能動屈曲機構」という）を付与することが求めら
れている。

【０００３】上記の要求に応えるものとして、図８に示
すような、形状記憶合金の伸縮を利用し長尺物を屈曲さ
せる機構のものが知られている。その構造は、図８
（ａ）に示すように、長尺物Ｂに対して、糸状物２１の
一端が接続された部分を有する第一の部位Ｂ１と、屈曲
させるべき第二の部位Ｂ２と、形状記憶合金が取付けら
れた第３の部位Ｂ３とが長手方向に順に設けられたもの
である。形状記憶部材には糸状物２１の他端が接続され
ている。また形状記憶部材は、図８（ｂ）に示すよう
に、形状記憶効果によって長手方向に収縮し得るもので
ある。この形状記憶部材が長手方向にｘだけ収縮するこ
とによって、糸状物２１がその分だけ引張られ、第二の
部位Ｂ２が屈曲するという構造である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
能動屈曲機構では、糸状物を引張るために形状記憶合金
のストローク動作が長手方向に必須であるため、機構全
体を短くしようとしても、その必要なストロークの長さ
の分だけは省略することはできない。従って、長尺物に
おける機構の部分が長くなり、曲がりくねった管内など
に挿入するには不都合であった。また、多方向に首振り
動作をさせようとしても、その方向の数の分だけ機構部
分の長さに加えてストロークの長さがさらに追加されて
長大化するので、多方向化が困難となり、通常は一方向
しか行えないものであった。

【０００５】本発明の課題は、長尺物の長手方向に対し
てより短く構成することが可能な能動屈曲機構を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の能動屈曲機構
は、以下の特徴を有するものである。 （１）糸状物の一端が接続された部分を有する第一の部
位と、屈曲させるべき第二の部位と、前記糸状物の他端
を引張ることができる引張り機構を有する第三の部位と
が、長尺物の長手方向に順に設けられ、引張り機構は支
点部と形状記憶部材とを有し、支点部は糸状物の張りの
方向を変え得るものであり、形状記憶部材は自由端部を
有するように長尺物に固定され、また、形状記憶部材
は、自由端部が長尺物の外周を回る方向に移動するよう
に原形状への復帰動作を行い得るものであり、形状記憶
部材が原形状への復帰動作を行う際に自由端部が支点部
にて張りの方向を変えられた糸状物を引張り得るよう
に、糸状物の他端が形状記憶部材の自由端部に接続され
た構造を有するものであることを特徴とする能動屈曲機
構。

【０００７】（２）第一の部位における糸状物の一端が
接続される部分と、支点部とが、これらの間に張られる
糸状物を長尺物の長手軸に平行とし得る位置に設けられ
たものである上記（１）記載の能動屈曲機構。

【０００８】（３）第一の部位に接続される糸状物の数
が複数であって、各糸状物は第一の部位の外周面上にお
いて屈曲させるべき複数の方向に対応する位置に接続さ
れ、第三の部位には各糸状物に対応しそれらの数だけ引
張り機構が設けられたものである上記（１）記載の能動
屈曲機構。

【０００９】（４）引張り機構が支点部と２つの形状記
憶部材とを有し、２つの形状記憶部材の各々の原形状へ
の復帰動作の方向は互いに反対方向であり、また、２つ
の形状記憶部材は自由端部で互いに直接的にまたは間接
的に連結されたものである上記（１）記載の能動屈曲機
構。

【００１０】（５）第一の部位に接続される糸状物が２
本であって、２本の糸状物は第一の部位の外周面上にお
いて互いに裏側の関係にある位置に接続され、引張り機
構は２本の糸状物に対応する２つの支点部と２つの形状
記憶部材とを有し、２つの形状記憶部材の各々の原形状
への復帰動作の方向は互いに反対方向であり、また、２
つの形状記憶部材は自由端部で互いに直接的にまたは間
接的に連結され、一方の形状記憶部材が対応する各糸状
物を引張るときには、他方の形状記憶部材に対応する糸
状物が緩むように、２本の糸状物が対応する支点部にて
張りの方向を変えられ各他端を形状記憶部材の自由端部
に接続された構造を有するものであることを特徴とする
上記（１）記載の能動屈曲機構。

【００１１】（６）形状記憶部材が、素線の一端を長尺
物に固定され他端を自由端部として、該素線が長尺物の
周囲を螺旋状に旋回するコイルバネの形状に形成された
形状記憶合金である上記（１）記載の能動屈曲機構。

【００１２】（７）形状記憶部材が、加熱によって形状
記憶効果を示す形状記憶合金であって、加熱が形状記憶
合金に沿って設けられた熱源または形状記憶合金自体に
対する通電によってなされるものである上記（１）記載
の能動屈曲機構。

【００１３】（８）屈曲させるべき第二の部位が、形状
記憶部材の形状記憶効果が示されない条件下において、
当該能動屈曲機構を屈曲状態からもとの状態に戻し得る
復帰力を示す弾性を有するものである上記（１）記載の
能動屈曲機構。

【００１４】（９）長尺物の第三の部位に、長尺物の外
周囲を回り得るリングが可動用リングとしてさらに設け
られ、糸状物の他端と形状記憶部材の自由端部との接続
が、該可動用リングを介して成されるものである上記
（１）記載の能動曲機構。

【００１５】（１０）長尺物の第三の部位に、長尺物の
外周囲を回り得るリングが可動用リングとしてさらに設
けられ、２つの形状記憶部材の自由端部同士での連結、
および、糸状物の他端と形状記憶部材の自由端部との接
続が、該可動用リングを介して成されるものである上記
（４）または（５）記載の能動屈曲機構。

【００１６】（１１）長尺物の第三の部位に、長尺物の
外周囲を回り得るリングが固定用リングとしてさらに設
けられ、該固定用リングは長尺物の外周囲を回らないよ
う固定され得るものであり、長尺物に対する形状記憶部
材の固定が、該固定用リングを介して成されるものであ
る上記（１）記載の能動屈曲機構。

【００１７】（１２）長尺物が、中空または中実の円柱
状物である上記（１）記載の能動屈曲機構。

【００１８】（１３）長尺物が、カテーテルの胴体部分
に用いられる長尺の管状部材である上記（１）記載の能
動屈曲機構。

【００１９】

【作用】本発明の能動屈曲機構では、形状記憶部材が長
尺物の外周を回る方向に変位し原形状への復帰動作を行
なう。この形状記憶部材と第一の部位とを連絡するよう
に糸状物が張られているが、この糸状物は支点部におい
て張りの方向が変えられており、形状記憶部材による長
尺物の外周を回る方向の変位が、支点部において長手方
向の変位に変換されて、第一の部位を長手方向に引張る
ことができる。この構成によって第二の部位が屈曲し、
一方向へ能動屈曲機構が得られる。この機構を、１つの
屈曲させるべき部位に対して所望の屈曲方向の数だけ複
数重ねて設けることによって、複数方向に屈曲し得る能
動屈曲機構が得られる。

【００２０】また、上記（４）に記載のように、互いに
反対方向に復帰動作をおこなう２つの形状記憶部材を連
結し、２本の糸状物を支点部に対して異なる方向に引っ
掛けることによって、コンパクトな構造で、双方向の首
振り動作が可能となる。

【００２１】本発明でいう、「長尺物の外周囲を回る」
とは、長尺物の長手軸に垂直な平面上での動作だけでは
なく、支点部において張りの方向が変換されるならば、
長尺物の長手軸方向に対して任意の角度をなして外周を
回る動作であってもよい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の能動屈曲機構の基本的な構造を示す模
式図である。同図（ａ）に示すように、糸状物１の一端
１ａが接続された部分を有する第一の部位Ａ１と、屈曲
させるべき第二の部位Ａ２と、前記糸状物の他端１ｂを
引張ることができる引張り機構を有する第三の部位Ａ３
とが、長尺物Ａに対して長手方向に順に設けられてい
る。引張り機構は支点部２と形状記憶部材３とによって
糸状物を引張るものであり、糸状物は支点部に掛けられ
て張りの方向が変えられている。Ｓは長尺物の外側に被
覆として設けられるチューブである。

【００２３】形状記憶部材３は自由端部３ｂを有するよ
うに固定端部３ａにおいて長尺物に固定されている。ま
た、形状記憶部材は、形状記憶効果を示し原形状への復
帰動作を行う際には、自由端部３ｂが長尺物の外周を回
る方向に移動し得るものである。

【００２４】支点部によって糸状物の張りの方向を変え
る場合、支点部を単純な突起として説明すると、図２に
糸状物を太線と破線とで示すように、糸状物の掛け方は
２種類あり、糸状物の張りの方向は、長尺物の外周を回
る方向に関して互いに逆の方向に変換される。本発明で
は、形状記憶部材が原形状への復帰動作を行う際に、自
由端部が糸状物を引張り得る方の側に糸状物を支点部に
掛ける。例えば、図２において、形状記憶部材の自由端
部の復帰動作を矢印の方向であるとするならば、太線で
示した糸状物のように、第一の部位から来た糸状物が形
状記憶部材の復帰方向に向かうように支点部にて張りの
方向を変換する。

【００２５】このような機構とすることによって、図１
（ｂ）に示すように、形状記憶部材の自由端部３ｂがｘ
だけ長尺物の外周を回る方向に移動することによって、
糸状物１がその分だけ引張られ、第二の部位Ａ２が屈曲
する。従って、糸状物を引張るための長手方向のストロ
ークを殆ど無くすことも可能となる。

【００２６】長尺物は、どの様な断面形状の柱状物であ
ってもよいが、屈曲に方向性が無いという点からは円柱
状物が好ましい。また、内部は中空・中実のいずれであ
ってもよい。本発明の能動屈曲機構は、カテーテルやマ
ニピュレーターなど、生体内や設備内の細部、屈曲した
配管の奥深くに挿入される器具に付与されることによっ
て特に有用となる。従って、長尺物の一例としては、カ
テーテルの胴体部分に用いられる長尺の管状部材が挙げ
られる。そのような場合には、長尺物の外径は、φ０．
５ｍｍ〜φ１０ｍｍ程度となる。

【００２７】屈曲させるべき第二の部位は、長尺物の任
意の箇所に、任意の長さをもって設けられる。上記のよ
うに、長尺物がカテーテルの胴体部分に用いられる長尺
の管状部材である場合には、屈曲させるべき第二の部位
の長さは１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度が好ましい長さとな
る。また、より緩やかな曲率をもってより長い距離の弧
を描くように屈曲させたい場合は、そのように第二の部
位の長さを選択し、また、形状記憶部材の変位量を選択
すればよい。

【００２８】屈曲させるべき第二の部位は、繰り返しの
首振り動作を行なうには適当な大きさの復帰力を示す弾
性、即ち、適当な曲げ剛性を有するように形成すること
が好ましい。第二の部位の復帰力としては、特に、形状
記憶部材の形状記憶効果が示される条件下においては形
状記憶部材の復帰力に屈し、形状記憶効果が示されない
条件下においては、当該能動屈曲機構を屈曲状態からも
との状態に戻し得る程度の力であることが好ましい。

【００２９】第一の部位における糸状物の一端が接続さ
れる部分は、長尺物の外周において意図する屈曲の内側
の位置に設けられるが、第一の部位自体が長尺物の端部
である場合には、糸状物の一端が接続される部分は、第
一の部位の端面に設けられてもよい。また、糸状物の一
端が接続される部分は、第二の部位に対して隣接する位
置であっても、剛性の高い区間を間に挟んで離れた位置
にあってもよい。

【００３０】糸状物の一端と長尺物との接続は、直接的
な接続・間接的な接続のいずれであってもよく、ボルト
など固定用の機械要素を用いて固定された接続、互いに
溶着し固定された接続、リンク状の結合による接続、種
々の連結部品を介して連結された接続などが挙げられ
る。特に糸状物にステンレス製のワイヤを用い、レーザ
溶接にて接続する方法は、容易でかつ高い接合強度が得
られるので好ましい。

【００３１】糸状物は、弾性伸びが少なく引張り機構に
よる引張り量を適正に他端側に伝え、屈曲させるために
必要な張力に耐え得るものであればよいが、スペースの
点からは細くて強いものが好ましく、また、クリープの
少ないもの、使用目的の環境に対して耐食性を有するも
のがより好ましい。このような糸状物としては、ステン
レス、タングステンなどの金属製の極細線などが好まし
いものとして挙げられる。また、糸状物の構造は、単糸
であっても複数の素線が集合してなるものであってもよ
い。

【００３２】支点部は、上記のように糸状物の張りの方
向を変え得るものであれば態様を問わない。例えば、図
１に示すような単純な突起体や、図３（ａ）に示すよう
に、掛けられた糸状物が容易に外れないような頭部を有
するキノコ型の小片、図３（ｂ）に示すように、貫通孔
２ａを有しこれに糸状物を通して用いる態様、その他、
鉤状物や、長尺物から突起させない態様などが挙げられ
る。上記図３（ｂ）の態様では糸状物は支点部から全く
外れることができないが、これら支点部の種々の態様や
性質を用途や糸状物の張り方に応じて選択すればよい。

【００３３】支点部と糸状物との摩擦はより小さいこと
が好ましく、両者の表面状態をより鏡面に近づける態様
や、種々の潤滑手段を用いた態様、さらには、支点部を
滑車として機能するよう形成する態様としてもよい。

【００３４】支点部の位置は、「第一の部位における糸
状物の一端が接続される部分」に対応して決定し、これ
らの間に張られる糸状物を長尺物の長手軸に平行とし得
る位置に設けることが好ましい。

【００３５】形状記憶部材は、自由端部が長尺物の外周
を回る方向に移動するように原形状への復帰動作を行い
得るものであればよい。本発明では、当該能動屈曲機構
が製造された際に、形状記憶部材がすでに変形されて能
動屈曲機構の製品とされ形状記憶効果が発現する条件が
与えられればいつでも原形状に復帰動作を行い得るもの
であってもよく、また、形状記憶部材が原形状のままで
能動屈曲機構の製品とされ使用に臨んで原形状から変形
されて原形状に復帰動作を行い得るものであってもよ
い。

【００３６】形状記憶部材は、上記形状記憶効果を示す
ものならば、形状記憶合金であっても形状記憶ポリマー
であってもよいが、加熱によって形状記憶効果を示すも
のが好ましい。また、形状記憶部材自体への通電による
加熱が可能な点や、発生力が大きい点からは、形状記憶
合金が特に好ましい。

【００３７】形状記憶合金としては、Ｔｉ−Ｎｉ系、銅
系、ステンレス系のものが好ましく、Ｔｉ−Ｎｉ系合
金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ系合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｆｅ系合
金、Ｎｉ−Ａｌ系合金、Ａｇ−Ｃｄ系合金、Ａｕ−Ｃｄ
系合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系
合金、Ｉｎ−Ｔｌ系合金、Ｉｎ−Ｃｄ系合金などが挙げ
られる。一般的には、強度、耐食性、信頼性の点ではＴ
ｉ−Ｎｉ系のものが優れており、加工性や経済性の点で
は銅系のものが優れている。

【００３８】形状記憶部材の態様は限定されず、上記の
ように、形状記憶効果を示す際に、長尺物の外周を回る
方向に移動する自由端部を有する態様であればどのよう
なものでもよい。ここでいう自由端部とは、末端だけを
意味するのではなく、長尺物に固定された固定端に対し
て変位可能な部分全てを含むものであるが、通常、固定
端に対して最大の変位を得るためには、末端部を糸状物
との接続に利用することが特に好ましい。

【００３９】形状記憶部材の態様のなかでも、図１に示
すように、長尺物の長手軸を中心に長尺物の周囲を螺旋
状に旋回するコイルバネの形状とする態様（以下「形状
記憶コイル」）が好ましい。このような場合、素線の一
端を長尺物に固定し、素線の他端を自由端部として用い
る態様が好ましい。形状記憶部材を上記コイルバネの形
状とする態様は、構造が簡単であり、長尺物に対するセ
ットも容易であり、また、大きな変位量が得られる。

【００４０】形状記憶コイルは自由端部が長尺物の周囲
を回る方向に移動するように捩じって変形させるもので
あるため、コイルの内径寸法が変動する。従って、形状
記憶コイルは、長尺物に密着して巻きつけるよりも、内
径寸法の変動を許容し得るように長尺物との間に適当な
間隙を設けるのが好ましい。例えば、長尺物を外径φ１
ｍｍ程度の円柱状物とする場合、コイル仕様としては、
形状記憶部材の材料や、第二の部位を屈曲させるのに必
要な力にもよるが、素線径φ０．１ｍｍ〜φ０．３ｍｍ
程度、コイル内径φ１．１ｍｍ〜φ１．２ｍｍ程度、巻
き数２０回〜４０回程度のものが挙げられる。また、こ
れらのコイル仕様以外であっても、第二の部位を屈曲さ
せ得る復帰力を示すものであればよい。

【００４１】形状記憶コイルの原形状への復帰動作を、
長尺物にコイルがより巻きつく方向に用いるか、逆にコ
イルがゆるむ方向に用いるかは限定されず、目的に応じ
て選択すればよい。

【００４２】形状記憶コイルは、使用時における外部の
温度変化によっても動作することが可能であるが、形状
記憶効果を発現させるための加熱手段を設けることが好
ましい態様である。加熱手段は限定されないが、外径が
大きくならないものが好ましく、例えば、２条コイル
のように形状記憶コイルの素線に沿って設けられる線状
の熱源、または形状記憶合金自体に対する通電などが
挙げられる。

【００４３】上記の形状記憶コイルに沿って設けられ
る熱源としては、発熱体であっても発熱能力のない熱伝
導体であってもよい。発熱体としては、電気エネルギー
によって発熱するヒータや、温度降下する素子が制御性
の点で好適である。熱伝導体としては、熱伝導性の良好
な銀、銅、アルミニウム、鉄、タングステン、ステンレ
ス鋼等の金属線が好ましい。熱伝導体は、加熱手段や冷
却手段に接続されることで、加熱・冷却の両方に用いら
れる。また、カテーテル等への応用において、先端部分
だけに当該能動屈曲機構が設けられる場合、形状記憶コ
イルに沿って熱伝導体を設け、手元側の端部から熱伝導
体までは光ファイバを敷設し、該光ファイバを用いてレ
ーザ光を熱伝導体に照射し形状記憶コイルを加熱する方
法が挙げられる。

【００４４】糸状物の他端と形状記憶部材の自由端部と
の接続は、上記において、第一の部位における糸状物の
一端と長尺物との接続状態について述べたものと同様の
態様が挙げられ、限定されない。また、糸状物が、第一
の部位から支点部を経て張りの方向を変えられたあと、
どれほど延長され、どの位置において形状記憶部材の自
由端部と接続されるかは任意であるが、糸状物の弾性や
長尺物との摩擦の点から、延長は短いほうが好ましい。

【００４５】糸状物の他端と形状記憶部材の自由端部と
の好ましい接続の態様としては、図４（ａ）に示すよう
に、長尺物の第三の部位に、長尺物の外周囲を回り得る
リングを可動用リング４としてさらに設け、糸状物１の
他端１ｂと、形状記憶部材３の自由端部３ｂとを、可動
用リング４を介して接続する態様が挙げられる。このと
き、糸状物の張りの方向を、支点部２において直角に変
換するために、図４（ｂ）に示すような、支点部の部分
を逃がすように適宜切り欠いた可動用リング４としても
よく、また、支点部を可動用リング表面上に重なるよう
に張り出した態様としてもよい。

【００４６】長尺物に対する形状記憶部材の固定も、第
一の部位における糸状物の一端と長尺物との接続状態に
ついて述べたと同様の態様が挙げられ限定されず、また
上記自由端部と糸状物との接続と同様、リングを介して
接続する態様が好ましい。即ち、図５に示すように、長
尺物の第三の部位に、長尺物の外周囲を回ることがで
き、また、使用時には外周囲を回らないよう固定され得
るリングを固定用リング５とし、長尺物と形状記憶部材
との固定に介在させる態様である。固定用リングを長尺
物の外周囲を回らないように固定する構造としては、ホ
ロセットねじなどを用いたねじ止めや、ノックピンを用
いた位置決めなどの固定方法が挙げられる。このような
態様によって、形状記憶部材を捩じって変形させセット
することが容易にできるようになる。

【００４７】次に、本発明の能動屈曲機構における複数
の方向への屈曲動作が可能な態様について説明する。こ
こでは、形状記憶部材を形状記憶コイルとした例をもっ
て説明する。屈曲させるべき第二の部位を、任意の複数
の方向へ屈曲させるための基本的な構造としては、第二
の部位に対して、糸状物と引張り機構の組を屈曲させる
べき方向の数だけ設ける態様となるが、各組の構成部品
をどの程度共有させるかは自由に設計してよい。

【００４８】図６は、複数の方向へ屈曲させるための構
造の一例を示す模式図であって、３方向への屈曲の場合
を示したものである。同図のように、第二の部位Ａ２を
共通として、３本の糸状物１１、１２、１３が第一の部
位の外周面上において屈曲させるべき複数の方向に対応
する位置に張られている。第三の部位には各糸状物に対
応しそれらの数だけ引張り機構が設けられている。即
ち、引張り機構（支点部、形状記憶コイル）＝（２１、
３１）、（２２、３２）、（２３、３３）の３組が設け
られている。これらは、各糸状物を個別に引張るよう動
作する。このような態様によって、３方向だけでなく、
各方向の組み合わせの合成によって任意の方向への屈曲
が可能となる。

【００４９】図７は、複数の方向へ屈曲させる構造の中
でも有用な、双方向への首振り動作が可能な態様の好ま
しい例を示す模式図である。同図のように、第一の部位
には、２本の糸状物１１、１２が接続されている。これ
ら糸状物は双方向の首振り動作が可能なように長尺物の
周囲に対して互いに裏側の関係にある位置に、かつ、屈
曲すべき方向に対して各々湾曲の内側となる位置に接続
されている。この糸状物１１、１２に対応して、引張り
機構は、２つの支点部２１、２２と、２つの形状記憶コ
イル３１、３２とを有する。

【００５０】図７の例では、２つの形状記憶コイル３
１、３２は自由端部で互いに接続され、各々の原形状へ
の復帰動作の方向が互いに反対方向となっている。ま
た、図６の例とは異なり、２つの支点部が第一の部位か
ら同じ距離に設けられ、糸状物の長さは互いに同じとな
っている。また、２つの形状記憶コイル３１、３２は、
長尺物の長手方向に隣合って設けられ、各々の自由端部
は、２つの形状記憶コイルが互いに隣合う側に設けられ
て、互いに接続されている。

【００５１】このように、２つの形状記憶部材（特に形
状記憶コイル）の各々の原形状への復帰動作の方向を互
いに反対方向とし、各々の自由端部を互いに接続するこ
とによって、２つの形状記憶部材が共に形状記憶効果を
発現しない状態においては、互いに拮抗して安定し釣り
合い状態が維持される。このため、通常時には糸状物に
力が加わり難く、第２の部位の座屈などを防止すること
ができる。また、これら２つの形状記憶部材のうちの一
方を形状記憶部材とせず一般の材料を用いて１方向への
屈曲構造とする場合であっても、形状記憶効果を発現し
ない状態においては、前記と同様の作用が得られると同
時に、屈曲動作後、他方の弾性復帰力によって元の状態
へより早く戻すことができ、応答性が良くなる。

【００５２】図７の態様では、支点部に対する糸状物の
掛け方、即ち、支点部における張りの変換方向が互いに
逆になっており、支点部から形状記憶コイルに至る糸状
物の方向が長尺物の外周を互いに反対に回る方向となっ
ていることが重要な特徴である。このような態様によっ
て、形状記憶コイルの自由端部が互いに接続された構成
でありながら、一方の形状記憶コイル３１が対応する糸
状物１１を引張るときには、他方の形状記憶コイル３２
に対応する糸状物１２がその分だけ緩むことが可能とな
る。これによって、図７に示すように、２組の引張り機
構が１つの可動リング４を共有することも可能となり、
双方向の首振り機構としてより省スペース化が可能とな
る。図７の例では、２つの形状記憶コイル３１、３２同
士の自由端部での接続、および、糸状物の他端と形状記
憶コイルの自由端部との接続は、１つの可動リング４に
おいて行ない、各形状記憶コイル３１、３２の長尺物に
対する固定は、固定用リング５１、５２を介して行なっ
ている。

【００５３】本発明の能動屈曲機構を、長尺物の長手方
向全長における任意の部位に任意の数だけ配置すること
によって、マニピュレータのように自由度の高い屈曲ア
ームを得ることができる。また、本発明の能動屈曲機構
を屈曲の関節として用い、長尺物に限らず所望の形状の
物体同士を連結してもよい。

【００５４】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に示
す。本実施例では、図７に示す態様の能動屈曲機構を実
際に製造した。各部の仕様は以下の通りである。

【００５５】（ａ）長尺物 長尺物Ａを、カテーテルの胴体部分を構成する管状部材
とした。この管状部材は、外径φ０．８５ｍｍ、内径φ
０．６８ｍｍであって、管内に外径φ０．３８ｍｍのフ
ァイバスコープＦを有し、能動屈曲機構による屈曲に対
しては弾性が失われず、曲げ剛性２．５×１０^-5Ｎｍｍ
² を有するものである。この長尺物の先端部に能動屈曲
機構を設けるものとし、先端側から順に第一の部位Ａ
１、第二の部位Ａ２、第三の部位Ａ３とした。第二の部
位Ａ２の区間長さは３０ｍｍとした。

【００５６】（ｂ）糸状物 ２本の糸状物は、共にステンレスからなる太さ０．１ｍ
ｍの単線糸であって、第一の部位Ａ１に対して互いに裏
側の関係にある位置に接続した。糸状物の一端と第一の
部位Ａ１、および糸状物の他端と可動リング４とは、共
にＹＡＧレーザ装置を用い、レーザ溶接によって接続し
た。

【００５７】（ｃ）支点部 ２つの支点部は、第二の部位を越えて張られる糸状物が
長手軸と平行になるように、糸状物の一端と第一の部位
Ａ１との接続位置に対応させた。支点部の形状は直径φ
０．５ｍｍの円柱状の突起とした。

【００５８】（ｄ）形状記憶コイル 形状記憶コイル３１、３２のコイル仕様は、共に素線材
料ＴｉＮｉ合金、素線径φ０．３ｍｍ、コイル外径φ
１．６ｍｍ、巻数２０回である。この形状記憶コイルを
室温にて１８０度捩じって変形させ、加熱し形状記憶効
果を発現させた場合での原形状への復帰力は５Ｎであっ
た。この形状記憶コイルを原形状から変形させて動作可
能にセットするために、２つの固定用リングを長尺物に
対して回転可能に開放し、互いに反対方向に１８０度ず
つ回転させて、形状記憶コイルを捩じって変形させた。
その後、各固定用リングを長尺物にねじ止め固定し、セ
ットを完了した。

【００５９】（ｅ）その他付帯部分 形状記憶コイルに対する加熱手段としては、形状記憶コ
イル自体に対する通電加熱とした。能動屈曲機構の組み
立て調整を完了した後、全体をさらにシリコンチューブ
（外径φ２．０ｍｍ、内径φ１．８ｍｍ）によって被覆
し、双方向の能動屈曲が可能なカテーテルを得た。

【００６０】〔動作確認〕本実施例で得られた能動屈曲
機構に対して、２つの形状記憶コイルを交互に加熱し、
原形状への復帰動作を交互に行わせたところ、長尺物の
第二の部位自体の復帰力と、２つの形状記憶コイルの復
帰力とによって、直線状での安定状態と、この状態を中
心として双方向に約６０度屈曲した状態での２つの安定
状態とを得ることができ、良好な２方向首振り動作が得
られることがわかった。

【００６１】

【発明の効果】本発明の能動屈曲機構では、糸状物を引
張るための形状記憶合金のストローク動作が、長手方向
については原理的には必要としない構造であるために、
従来の構造において必須であったストロークの長さの分
が省略でき、機構全体をより短く構成できるようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の能動屈曲機構の基本的な構造を示す模
式図である。

【図２】本発明の能動屈曲機構において、支点部によっ
て糸状物の張りの方向が変えられる状態を説明する図で
ある。

【図３】本発明の能動屈曲機構における支点部の態様を
例示する図である。

【図４】本発明の能動屈曲機構において、糸状物の他端
と形状記憶部材の自由端部との好ましい接続の態様を例
示する図である。

【図５】本発明の能動屈曲機構において、長尺物に対す
る形状記憶部材の固定の好ましい態様を例示する図であ
る。

【図６】本発明の能動屈曲機構において、複数の方向へ
屈曲させるための構造の一例を示す模式図である。

【図７】本発明の能動屈曲機構において、双方向への首
振り動作が可能な態様の好ましい例を示す模式図であ
る。

【図８】従来における、形状記憶合金の伸縮を利用し長
尺物を屈曲させる機構の一例を示す模式図である。

【符号の説明】

Ａ 長尺物 Ａ１ 第一の部位 Ａ２ 第二の部位 Ａ３ 第三の部位 １ 糸状物 ２ 支点部 ３ 形状記憶部材

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 糸状物の一端が接続された部分を有する
   第一の部位と、屈曲させるべき第二の部位と、前記糸状
   物の他端を引張ることができる引張り機構を有する第三
   の部位とが、長尺物の長手方向に順に設けられ、 引張り機構は支点部と形状記憶部材とを有し、支点部は
   糸状物の張りの方向を変え得るものであり、形状記憶部
   材は自由端部を有するように長尺物に固定され、また、
   形状記憶部材は、自由端部が長尺物の外周を回る方向に
   移動するように原形状への復帰動作を行い得るものであ
   り、 形状記憶部材が原形状への復帰動作を行う際に自由端部
   が支点部にて張りの方向を変えられた糸状物を引張り得
   るように、糸状物の他端が形状記憶部材の自由端部に接
   続された構造を有するものであることを特徴とする能動
   屈曲機構。
2. 【請求項２】 第一の部位における糸状物の一端が接続
   される部分と、支点部とが、これらの間に張られる糸状
   物を長尺物の長手軸に平行とし得る位置に設けられたも
   のである請求項１記載の能動屈曲機構。
3. 【請求項３】 第一の部位に接続される糸状物の数が複
   数であって、各糸状物は第一の部位の外周面上において
   屈曲させるべき複数の方向に対応する位置に接続され、
   第三の部位には各糸状物に対応しそれらの数だけ引張り
   機構が設けられたものである請求項１記載の能動屈曲機
   構。
4. 【請求項４】 引張り機構が支点部と２つの形状記憶部
   材とを有し、２つの形状記憶部材の各々の原形状への復
   帰動作の方向は互いに反対方向であり、また、２つの形
   状記憶部材は自由端部で互いに直接的にまたは間接的に
   連結されたものである請求項１記載の能動屈曲機構。
5. 【請求項５】 第一の部位に接続される糸状物が２本で
   あって、２本の糸状物は第一の部位の外周面上において
   互いに裏側の関係にある位置に接続され、引張り機構は
   ２本の糸状物に対応する２つの支点部と２つの形状記憶
   部材とを有し、２つの形状記憶部材の各々の原形状への
   復帰動作の方向は互いに反対方向であり、また、２つの
   形状記憶部材は自由端部で互いに直接的にまたは間接的
   に連結され、一方の形状記憶部材が対応する各糸状物を
   引張るときには、他方の形状記憶部材に対応する糸状物
   が緩むように、２本の糸状物が対応する支点部にて張り
   の方向を変えられ各他端を形状記憶部材の自由端部に接
   続された構造を有するものであることを特徴とする請求
   項１記載の能動屈曲機構。
6. 【請求項６】 形状記憶部材が、素線の一端を長尺物に
   固定され他端を自由端部として、該素線が長尺物の周囲
   を螺旋状に旋回するコイルバネの形状に形成された形状
   記憶合金である請求項１記載の能動屈曲機構。
7. 【請求項７】 形状記憶部材が、加熱によって形状記憶
   効果を示す形状記憶合金であって、加熱が形状記憶合金
   に沿って設けられた熱源または形状記憶合金自体に対す
   る通電によってなされるものである請求項１記載の能動
   屈曲機構。
8. 【請求項８】 屈曲させるべき第二の部位が、形状記憶
   部材の形状記憶効果が示されない条件下において、当該
   能動屈曲機構を屈曲状態からもとの状態に戻し得る復帰
   力を示す弾性を有するものである請求項１記載の能動屈
   曲機構。
9. 【請求項９】 長尺物の第三の部位に、長尺物の外周囲
   を回り得るリングが可動用リングとしてさらに設けら
   れ、糸状物の他端と形状記憶部材の自由端部との接続
   が、該可動用リングを介して成されるものである請求項
   １記載の能動屈曲機構。
10. 【請求項１０】 長尺物の第三の部位に、長尺物の外周
    囲を回り得るリングが可動用リングとしてさらに設けら
    れ、２つの形状記憶部材の自由端部同士での連結、およ
    び、糸状物の他端と形状記憶部材の自由端部との接続
    が、該可動用リングを介して成されるものである請求項
    ４または５記載の能動屈曲機構。
11. 【請求項１１】 長尺物の第三の部位に、長尺物の外周
    囲を回り得るリングが固定用リングとしてさらに設けら
    れ、該固定用リングは長尺物の外周囲を回らないよう固
    定され得るものであり、長尺物に対する形状記憶部材の
    固定が、該固定用リングを介して成されるものである請
    求項１記載の能動屈曲機構。
12. 【請求項１２】 長尺物が、中空または中実の円柱状物
    である請求項１記載の能動屈曲機構。
13. 【請求項１３】 長尺物が、カテーテルの胴体部分に用
    いられる長尺の管状部材である請求項１記載の能動屈曲
    機構。