JPWO2019097688A1 - 剛性可変装置と剛性可変システムと内視鏡と剛性変更方法 - Google Patents

Abstract

剛性可変装置（２０）は、低剛性状態を取る第１の相と高剛性状態を取る第２の相との間で相が移り変わり得る少なくとも２つの中空形状の形状記憶部材（２１）が連結されて形成される形状記憶ユニット（２２）と、形状記憶部材（２１）を加熱するように構成された加熱部材（２３）とを有する。形状記憶ユニット（２２）は、形状記憶部材（２１）それぞれの中空部が連結された孔状の内部空間を有する。内部空間は、形状記憶部材（２１）を冷却するための流体が流れるように構成される。

Description

本発明は、可撓性部材に異なる剛性を提供する剛性可変装置と、剛性可変装置を有する剛性可変システムと、剛性可変装置を有する内視鏡とに関する。

例えば、国際公開第２０１７／０９４０８５号は、可撓性部材に装着されて可撓性部材に異なる硬度を提供する硬度可変アクチュエータを開示している。硬度可変アクチュエータは、第１の相と第２の相の間で相が移り変わり得る形状記憶部材と、形状記憶部材に第１の相と第２の相の間の相の移り変わりを引き起こさせる加熱部材と、形状記憶部材を冷却する冷却機構とを備えている。形状記憶部材の相が第１の相にあるときは、形状記憶部材は、外力に従って容易に変形し得る軟質状態を取り、可撓性部材に低い硬度を提供する。形状記憶部材の相が第２の相にあるときは、形状記憶部材は、外力に抗して記憶形状を取る傾向を示す硬質状態を取り、可撓性部材に高い硬度を提供する。冷却機構は、形状記憶部材の少なくとも一部分の放熱を促進する熱伝達媒体を含んでいる。

形状記憶合金から構成される形状記憶部材は、中空形状を有しており、細長い可撓性部材の内部に配置されている。

一般的に、形状記憶合金は加工が難しい材料として知られており、形状記憶合金を中空形状に加工することは特に困難である。１本の形状記憶合金を備える硬度可変アクチュエータが細長い可撓性部材の内部に配置される場合、細長い中空形状の形状記憶合金を用意する必要がある。しかしながら、長い形状記憶合金を中空形状に加工する加工の難易度は、形状記憶合金が長くなるほど上がってしまう。

本発明の目的は、製造が容易な剛性可変装置と、この剛性可変装置を有する剛性可変システムと、この剛性可変装置を有する内視鏡とを提供することである。

前記の目的を達成するために、本発明の剛性可変装置の一態様は、可撓性部材に装着され、前記可撓性部材に異なる剛性を提供する剛性可変装置であって、低剛性状態を取る第１の相と高剛性状態を取る第２の相との間で相が移り変わり得る少なくとも２つの中空形状の形状記憶部材が連結されて形成され、前記形状記憶部材それぞれの中空部が連結され、前記形状記憶部材を冷却するための流体が流れるように構成された孔状の内部空間を有するように形成された形状記憶ユニットと、前記形状記憶部材を加熱するように構成された加熱部材とを具備する。

前記の目的を達成するために、本発明の剛性可変システムの一態様は、上記の剛性可変装置と、前記加熱部材の加熱を制御する制御装置と、前記流体を前記形状記憶ユニットに供給する冷却機構とを具備する。

前記の目的を達成するために、本発明の剛性可変装置の一態様は、可撓性部材に装着され、前記可撓性部材に異なる剛性を提供する剛性可変装置であって、第１の長手部材と、前記第１の長手部材に沿って移動可能な第２の長手部材と、を具備し、前記第１の長手部材は、少なくとも１つの硬質部材を含む高曲げ剛性部と、少なくとも１つの前記硬質部材に隣り合い、少なくとも１つの前記第２の長手部材を加熱するように構成された加熱部材を含む低曲げ剛性部と、を有し、前記第２の長手部材は、低剛性状態を取る第１の相と前記加熱部材の加熱によって高剛性状態を取る第２の相との間で相が移り変わり得る少なくとも２つの中空形状の形状記憶部材によって形成され、前記形状記憶部材それぞれの中空部が連結されて、前記形状記憶部材を冷却するための流体が流れるように構成された孔状の内部空間を有するように形成された少なくとも１つの形状記憶ユニットと、前記少なくとも１つの形状記憶ユニットに隣り合い、前記低曲げ剛性部よりも柔らかく、前記形状記憶部材の前記内部空間に連結された内部空間に前記流体が流れる中空形状の軟質部材とを有する。

前記の目的を達成するために、本発明の剛性可変システムの一態様は、上記の剛性可変装置と、前記加熱部材の加熱を制御する制御装置と、前記流体を前記形状記憶ユニットに供給する冷却機構とを具備する。

前記の目的を達成するために、本発明の内視鏡の一態様は、上記の剛性可変装置と、前記剛性可変装置が装着された前記可撓性部材とを具備する。

本発明によれば、製造が容易な剛性可変装置と、この剛性可変装置を有する剛性可変システムと、この剛性可変装置を有する内視鏡とを提供できる。

図１は、本発明の第１の実施形態の剛性可変システムの剛性可変装置が組み込まれた内視鏡の斜視図である。 図２は、図１に示す剛性可変システムの概略図である。 図３は、本発明の第２の実施形態の剛性可変システムの概略図である。 図４は、第２の実施形態の第１の変形例の剛性可変システムの概略図である。 図５は、第２の実施形態の第２の変形例の剛性可変システムの概略図である。 図６は、本発明の第３の実施形態の剛性可変システムの概略図である。 図７は、第３の実施形態の変形例の剛性可変システムの概略図である。 図８は、本発明の第４の実施形態の剛性可変システムの概略図である。 図９は、本発明の第５の実施形態の剛性可変システムの概略図である。 図１０Ａは、本発明の第６の実施形態の剛性可変システムの概略図であり、剛性可変システムの剛性可変装置が最低剛性状態であることを示す図である。 図１０Ｂは、図１０Ａに示す剛性可変装置が最低剛性状態から低剛性状態に切り替わったことを示す図である。 図１０Ｃは、図１０Ｂに示す剛性可変装置が低剛性状態から高剛性状態に切り替わったことを示す図である。 図１０Ｄは、図１０Ｃに示す剛性可変装置が高剛性状態から最低剛性状態に戻る過程を示す戻り状態の第１状態に切り替わったことを示す図である。 図１０Ｅは、図１０Ｄに示す剛性可変装置が第１状態から戻り状態の第２状態に切り替わったことを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。なお、一部の図面では図示の明瞭化のために部材の一部の図示を省略する。

[第１の実施形態]
以下に、図１と図２とを参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態の剛性可変システム１０の剛性可変装置２０が組み込まれた内視鏡１００の斜視図である。図２は、図１に示す剛性可変システム１０の概略図である。

内視鏡１００は、医療用でもよいし、工業用でもよい。内視鏡１００は、可撓性部材１０１と、可撓性部材１０１に基端部に連結される操作部１０３と、可撓性部材１０１に装着される剛性可変装置２０とを有する。

可撓性部材１０１は、細長いチューブである。可撓性部材１０１の先端には、カメラが設けられている。可撓性部材１０１は、被検体の内部に挿入される。カメラは被検体の内部を撮影できる。可撓性部材１０１は、可撓性部材１０１に付加される外力によって撓むことが可能である。外力とは、重力も外力の一部と考える。

操作部１０３は、内視鏡１００の各種の操作を実施するスイッチ１０３ａ，１０３ｂと、操作ダイヤル１０３ｃとを有する。

本実施形態の内視鏡１００は、可撓性部材１０１の内部に、可撓性部材１０１の剛性を変更するための剛性可変装置２０を備えている。剛性可変装置２０は、可撓性部材１０１の全長の一部分に配置されてもよいし、可撓性部材１０１の全長に渡って配置されてもよい。

図２に示すように、剛性可変システム１０は、可撓性部材１０１に異なる剛性を提供する剛性可変装置２０と、剛性可変装置２０の剛性を制御する制御装置３０と、剛性可変装置２０の形状記憶ユニット２２を冷却する冷却機構４０とを有する。

剛性可変装置２０は、少なくとも２つの中空形状の形状記憶部材２１と、形状記憶部材２１の外周を巻回するコイル状の加熱部材２３とを有する。

複数の形状記憶部材２１は、形状記憶部材２１の長手軸方向において連結されており、全体として細長いチューブ状の形状記憶ユニット２２を形成する。詳細には、隣り合う形状記憶部材２１それぞれの端部は、互いに対して接着または溶接などによって直接連結されてよい。例えば、接着または溶接は、形状記憶部材２１の端部の外周面全周において実施される。それぞれが短いパイプとして機能する３つの形状記憶部材２１は、連結によって、１本の長いチューブ状の形状記憶ユニット２２として機能する。形状記憶ユニット２２は、形状記憶部材２１それぞれの中空部が連結された孔状の内部空間を有する。内部空間は、形状記憶部材２１を冷却するための流体が流れるように構成される。図２では、図示の簡略のため３つの形状記憶部材２１が配置されている例を示しているが、形状記憶部材２１の数は複数であればよい。

形状記憶部材２１は、例えば円筒状である。例えば、形状記憶部材２１の外径は、可撓性部材１０１の内径よりも小さい。形状記憶ユニット２２は、可撓性部材１０１に比べて短い。

形状記憶部材２１は、温度によって形状記憶部材２１の相が変態し、変態による剛性変化が大きい部材であればよい。このような形状記憶部材２１は、例えば形状記憶合金から構成されていてよい。形状記憶合金は、例えばＮｉＴｉまたはＮｉＴｉＣｕを含む合金であってよい。また、形状記憶部材２１は、形状記憶ポリマー、形状記憶ゲル、形状記憶セラミックなど、他の材料から構成されていてもよい。

形状記憶部材２１を構成する形状記憶合金は、例えば、マルテンサイト相とオーステナイト相との間で相が移り変わるものであってよい。その形状記憶合金は、マルテンサイト相時には、外力に対して比較的容易に塑性変形する。つまり、その形状記憶合金は、マルテンサイト相時には低い弾性係数を示す。一方、形状記憶合金は、オーステナイト相時には、外力に抵抗して容易には変形しない。ここで、形状記憶合金がさらに大きな外力によって変形したとする。変形した形状記憶合金に対して大きな外力が打ち消された際、形状記憶合金は、超弾性を示して、記憶している形状に戻る。つまり、形状記憶合金は、オーステナイト相時には高い弾性係数を示す。

形状記憶部材２１が低い弾性係数を示す相を第１の相と称することとし、形状記憶部材２１が高い弾性係数を示す相を第２の相と称することとする。形状記憶部材２１の相は、加熱または冷却によって第１の相と第２の相との間で変わり得る。

形状記憶部材２１の相が第１の相にあるときは、形状記憶部材２１は、外力に従って容易に変形し得る低剛性状態を取り、すなわち低い弾性係数を示す。したがって、形状記憶部材２１の相が第１の相にあるときは、剛性可変装置２０は形状記憶部材２１によって可撓性部材１０１に比較的低い剛性を提供する。低い剛性とは、例えば、可撓性部材１０１が撓みやすいような剛性である。第１の相において、剛性可変装置２０と可撓性部材１０１とは、例えば、外力によって容易に撓むことが可能となる。

また、形状記憶部材２１の相が第２の相にあるときは、形状記憶部材２１は、低剛性状態よりも高い剛性を有する高剛性状態を取り、高い弾性係数を示す。高剛性状態では、形状記憶部材２１は、外力に抗してあらかじめ記憶している記憶形状を取る傾向を示す。記憶形状は、例えば略直線状であってよい。したがって、形状記憶部材２１の相が第２の相にあるときは、剛性可変装置２０は形状記憶部材２１によって可撓性部材１０１に比較的高い剛性を提供する。高い剛性とは、例えば、可撓性部材１０１が撓みにくいような剛性、または外力に対抗して可撓性部材１０１が略直線状態を維持する剛性である。第２の相において、剛性可変装置２０と可撓性部材１０１とは、例えば、略直線状態を維持可能となる、または外力が印加されても第１の相における状態に比べて緩やかに撓むことが可能となる。

形状記憶部材２１の相を第１の相と第２の相との間で変更させるため、加熱部材２３及び冷却機構４０が備えられる。形状記憶部材２１は加熱部材２３の発熱によって第１の相から第２の相に形状記憶部材２１の相が移り変わる性質を有する。また形状記憶部材２１は、冷却機構４０の冷却によって、第２の相から第１の相に形状記憶部材２１の相が移り変わる性質を有している。言い換えると、加熱部材２３と冷却機構４０とは、第１の相と第２の相との間で形状記憶部材２１の相の移り変わりを引き起こさせて形状記憶部材２１の剛性状態を変更する。

加熱部材２３は、例えば、密着巻きコイルといった螺旋状のコイル部材を有する。加熱部材２３のコイル部材は、疎巻きコイルでもよい。コイル部材は、ワイヤ状の部材である。加熱部材２３は、形状記憶ユニット２２の全長に渡って配置される。

加熱部材２３は、導電性材料から構成されており、例えば電熱線、つまり電気抵抗の大きい導電性部材で構成されてよい。加熱部材２３は、制御装置３０から電流の供給を受けて熱を発する性能を有する。制御装置３０は、加熱部材２３を駆動する駆動部３１を有する。駆動部３１は、１つの電源と１つのスイッチとを有する。駆動部３１は、配線部３３を介して加熱部材２３に電気的に接続される。配線部３３は、例えば、金属のワイヤ状の部材である。配線部３３は、加熱部材２３に電気的に接続されていればよく、加熱部材２３と一体であってもよいし別体であってもよい。駆動部３１は、スイッチのＯＮ動作に応じて、配線部３３を介して加熱部材２３に電流を供給する。これにより加熱部材２３は、発熱する。加熱部材２３の発熱量は、電流の供給量に応じる。加熱部材２３は、熱を、加熱部材２３の周辺に配置される形状記憶ユニット２２に伝える。そして、加熱部材２３は、熱によって、第１の相から第２の相への形状記憶ユニット２２の相の移り変わりを引き起こさせる。このような加熱部材２３は、ヒータとして機能する。熱の温度は、例えば、７０度〜８０度である。駆動部３１は、スイッチのＯＦＦ動作に応じて、加熱部材２３に対する電流の供給を停止する。これにより加熱部材２３は、発熱を停止する。

加熱部材２３は、形状記憶ユニット２２の相の移り変わりを引き起こすことが可能な位置に配置されればよい。したがって、例えば、加熱部材２３は、形状記憶ユニット２２の外側周囲に配置される。加熱部材２３は、形状記憶ユニット２２の長手軸に沿って延在している。加熱部材２３は、形状記憶ユニット２２の長手軸に沿って、形状記憶ユニット２２の周囲を螺旋状に延びている。このため、形状記憶ユニット２２は、加熱部材２３の巻きの内側に配置される。加熱部材２３は、形状記憶ユニット２２の外周面に密着しているが、形状記憶ユニット２２の外周面から適度なすき間だけ離れて配置されてもよい。このような構成のおかげで、加熱部材２３によって発せられる熱は形状記憶ユニット２２に効率良く伝達され、剛性可変装置２０は細くなる。

また加熱部材２３は形状記憶ユニット２２の全体に対して１つのみ配置されており、１つの加熱部材２３が３つの形状記憶部材２１それぞれの相の移り変わりを略同時に引き起こさせる。このような配置によって、剛性可変装置２０の構成はシンプルになる。なお加熱部材２３は、分割配置されて、形状記憶部材２１それぞれに配置されてもよい。

例えば、形状記憶部材２１の周囲には、図示しない第１絶縁膜が配置される。第１絶縁膜は、形状記憶部材２１と加熱部材２３の間の短絡を防止する。第１絶縁膜は、少なくとも加熱部材２３に面する部分を覆う。したがって、第１絶縁膜は、形状記憶部材２１の外周面を部分的に覆って配置されてもよいし、形状記憶部材２１の外周面の全体に配置されていてもよい。

例えば、加熱部材２３の周囲には、図示しない第２絶縁膜が設けられている。第２絶縁膜は、形状記憶部材２１と加熱部材２３の間の短絡を防止する働きをする。

冷却機構４０は、形状記憶部材２１それぞれの中空部が連結されて形成された形状記憶ユニット２２の内部空間に冷却のための流体を供給することで形状記憶ユニット２２を冷却する。ここで、冷却とは、少なくとも、対象物である形状記憶ユニット２２の放熱を促進すること、言い換えれば、対象物の放熱作用を高めることを意味している。

冷却機構４０は、冷却のための流体を形状記憶ユニット２２に供給する供給源４１と、供給源４１から流出した流体を形状記憶ユニット２２に導く経路部材４３とを有する。

流体は、気体または液体である。流体は、例えば、第２の相となっている形状記憶ユニット２２の温度よりも低い温度に流体の温度を調整される冷却媒体である。流体の温度は、例えば、３８度である。流体の温度は、常温でもよいし、内視鏡１００が用いられる手術室または検査室といった部屋の室温と略同一の温度でもよい。

供給源４１は、経路部材４３によって形状記憶ユニット２２に接続される。供給源４１は、例えば、コンプレッサまたはポンプを有する。供給源４１は、流体の温度と流体の供給量と流体の供給時間とを所望に制御する機能を有してもよい。

経路部材４３は、例えば、樹脂材または金属材のチューブである。経路部材４３は、形状記憶ユニット２２に接続される。例えば、経路部材４３は、形状記憶ユニット２２の端部に挿入されている。なお形状記憶ユニット２２の端部が経路部材４３に挿入されもよい。経路部材４３は、中空形状の形状記憶ユニット２２の内部空間に流体を導く。形状記憶ユニット２２の内部空間には部材がなんら配置されていないため、形状記憶ユニット２２の内部空間に導かれた流体は形状記憶ユニット２２の内周面に直接接した状態で形状記憶ユニット２２の内部空間を流れる。なお形状記憶ユニット２２の内周面は、保護膜などで覆われてもよい。

制御装置３０及び冷却機構４０は、内視鏡１００に搭載されてもよいし、内視鏡１００に接続される内視鏡１００の制御装置（図示せず）に搭載されてもよい。したがって、剛性可変システム１０は、内視鏡１００に搭載される、または内視鏡１００と内視鏡１００の制御装置とを有する内視鏡システムに搭載される。例えば、内視鏡１００のスイッチ１０３ａは、制御装置３０の駆動部３１のスイッチとして機能する。また内視鏡１００のスイッチ１０３ｂは、冷却機構４０の供給源４１のスイッチとして機能する。制御装置３０は、スイッチ１０３ｂのＯＮまたはＯＦＦに応じて、供給源４１の駆動を制御する。制御装置３０は、例えば、ＡＳＩＣなどを含むハードウエア回路によって構成される。制御装置３０は、ＣＰＵによって構成されても良い。制御装置３０がプロセッサで構成される場合、プロセッサの内部メモリまたはプロセッサがアクセス可能に配置された図示しない外部メモリに、プロセッサが実行することで当該プロセッサを制御装置３０として機能させるためのプログラムコードを記憶しておく。

次に、相の切り替えに伴う、可撓性部材１０１の剛性の変更について説明する。

剛性可変システム１０の初期状態では、駆動部３１のスイッチがＯＦＦとなり、駆動部３１は加熱部材２３に電流を供給しておらず、加熱部材２３は熱を発生していない。形状記憶ユニット２２の相が第１の相であり、形状記憶ユニット２２は低剛性状態である。このため、剛性可変装置２０は、形状記憶ユニット２２によって可撓性部材１０１に比較的低い剛性を提供する。これにより可撓性部材１０１は、例えば、可撓性部材１０１に加わる外力によって容易に撓むことが可能となる。

駆動部３１のスイッチがＯＮとなったとき、駆動部３１が加熱部材２３に電流を供給し、加熱部材２３は熱を発生する。すると、熱は加熱部材２３から形状記憶ユニット２２に伝わり、形状記憶ユニット２２は熱によって熱せられて、形状記憶ユニット２２の相は熱によって第１の相から第２の相に素早く切り替わる。これにより形状記憶ユニット２２は、低剛性状態から高剛性状態に変化する。剛性可変装置２０は、形状記憶ユニット２２によって可撓性部材１０１に比較的高い剛性を提供する。そして可撓性部材１０１は、例えば、略直線状態を維持可能となる、または外力が印加されても第１の相における状態に比べて緩やかに撓むことが可能となる。

形状記憶ユニット２２の相を第２の相から第１の相に戻すときは、次のように動作する。まず、駆動部３１のスイッチがＯＦＦとなり、駆動部３１は加熱部材２３への電流の供給を停止し、加熱部材２３は熱の発生を停止する。そして供給源４１は、流体を形状記憶ユニット２２に供給する。

供給源４１から流出した流体は、経路部材４３を通り、形状記憶ユニット２２の内部空間に流れ込み、図２に矢印で示すように形状記憶ユニット２２の内部空間を通り抜ける。流体は、形状記憶ユニット２２の内周面に接した状態で内部空間を流れる。形状記憶ユニット２２の熱は、流体に伝わり、流体と共に形状記憶ユニット２２の内部空間を通り抜ける。形状記憶ユニット２２の内部空間を通り抜けた流体は、貯留されてもよいし、廃棄されてもよいし、循環されて冷却のために再利用されてもよい。冷却機構４０は、形状記憶ユニット２２の内部空間に流体を供給することによって、形状記憶ユニット２２を所望する温度に冷却する。所望する温度とは、例えば形状記憶ユニット２２の相が第１の相となる温度である。

形状記憶ユニット２２の内部空間に流体が供給されている状態では、形状記憶ユニット２２の温度は、形状記憶ユニット２２の内部空間に流体が供給されていない状態よりも短時間のうちに低下する。つまり形状記憶ユニット２２は、自然冷却よりも素早く冷却される。

このように形状記憶ユニット２２の相が第１の相と第２の相の間で素早く切り替えられることによって、剛性可変装置２０が配置されている可撓性部材１０１のあるエリアの剛性が素早く切り替えられる。

本実施形態では、形状記憶ユニット２２は１つの中空形状の細長い形状記憶部材２１で形成されるのではなく、複数の中空形状の細くて短い形状記憶部材２１が互いに対して連結されて形成される。１つの細長い形状記憶部材２１を中空形状に加工する場合に比べて、短い形状記憶部材２１の加工の難易度は低い。また、形状記憶部材２１を接着または溶接などによって互いに連結することは比較的容易である。したがって、本実施形態に係る形状記憶ユニット２２の製造は比較的容易である。

本実施形態では、熱を形状記憶ユニット２２に伝達することで、可撓性部材１０１が低剛性状態から高剛性状態へ切り替える際に、切り替えに対する高い応答性を得ることができる。また本実施形態では、冷却機構４０によって、形状記憶ユニット２２を自然冷却よりも素早く冷却でき、可撓性部材１０１が高剛性状態から低剛性状態へ切り替わる際に、切り替えに対する高い応答性を得ることができる。

中空形状の３つの形状記憶部材２１が連結されることで、冷却用の流体が流れる形状記憶ユニット２２の内部空間が形成されているため、形状記憶ユニット２２の内部空間には流体を流すための他の部材がなんら配置されていない。このため、形状記憶ユニット２２を細くできる。また流体が形状記憶ユニット２２の内周面に直接接するため、非常に高い冷却効果を得ることができる。

ここでは、可撓性部材１０１に剛性可変装置２０が配置された例を説明したが、これに限らない。剛性可変装置２０は、例えば、マニピュレータ、カテーテルなどの細長い部材に配置されてもよい。

[第２の実施形態]
以下に、図３を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態の剛性可変システムの概略図である。本実施形態では、第１の実施形態とは異なることを主に記載する。

本実施形態では、連結のために、形状記憶ユニット２２は、剛性可変装置２０の長手軸方向において隣り合う形状記憶部材２１それぞれを連結する筒状の連結部材２５を有する。

連結部材２５は、例えば円筒状である。連結部材２５は、形状記憶部材２１よりも短いパイプである。連結部材２５の外径は、加熱部材２３の巻きの外径と略同一でもよい。

連結部材２５が外力によって曲がった後に、外力が解消された際に、連結部材２５は、曲がりが解消されて元の状態である例えば略直線状態に戻る特性を有する。このような連結部材２５は、例えば、ＮｉＴｉといった金属材でよい。連結部材２５は、外力によって撓み難い部材によって構成されてもよい。このような部材は、例えば、ステンレスといった金属材でよい。連結部材２５は、所望の弾発性を有してもよい。この弾発性は、例えば、跳ね返り性、バネ性、腰の強さ等を含み、曲がった連結部材２５を略直線に戻す性質を有する。

連結部材２５は、形状記憶部材２１の連結部分である隣り合う形状記憶部材２１それぞれの端部に配置される。剛性可変装置２０の長手軸方向において隣り合う形状記憶部材２１それぞれは、連結部材２５の内部に配置され、互いに接するように配置される。詳細には、隣り合う形状記憶部材２１それぞれの端部は、連結部材２５の両端それぞれから連結部材２５の内部に挿入されて、連結部材２５によって直接連結される。連結部材２５は、形状記憶部材２１の外周に配置され、形状記憶部材２１を外側から連結する外側連結部材として機能する。

加熱部材２３と駆動部３１とは、３つの形状記憶部材２１それぞれに配置されてもよい。加熱部材２３それぞれは互いに対して電気的に絶縁されており、各々の駆動部３１は加熱部材２３を個別に駆動する。これにより、３つの形状記憶部材２１それぞれの相が個別に第１の相から第２の相に移り変わることが可能となり、剛性可変装置２０の剛性は部分的に可変する。

３つの加熱部材２３は、同一構造体であってよい。しかし、これに限定されることなく、３つの加熱部材２３それぞれは、互いに異なる構造体を含んでいてもよい。異なる構造体は、例えば、異なる長さや異なる太さや異なるピッチを有していてもよく、また、異なる材料で作られていてもよい。つまり、複数の加熱部材２３は、すべてまたはいくつかが、同じ特性を有していてもよいし、異なる特性を有していてもよい。また第１の実施形態と同様に、加熱部材２３と駆動部３１とは、剛性可変装置２０の全体において１つでもよい。

本実施形態では、連結部材２５によって、形状記憶部材２１の連結部分の強度を向上でき、剛性可変装置２０の組立性も向上できる。連結部材２５と加熱部材２３とのそれぞれの外径は互いに対して略同一でもよいため、剛性可変装置２０を第１の実施形態のように細いままで、連結部分の連結強度を向上できる。本実施形態では、連結部材２５によって、加熱部材２３を位置決めできる。

［第１の変形例］
以下に、図４を参照して、第２の実施形態の第１の変形例について説明する。図４は、第２の実施形態の第１の変形例の剛性可変システムの概略図である。本変形例では、図３に示す第２の実施形態とは異なることを主に記載する。

隣り合う形状記憶部材２１それぞれの端部は、連結部材２５の内部において、互いに対して離れて配置される。したがって、剛性可変装置２０の長手軸方向において形状記憶部材２１それぞれの端部の間には、スペースが配置される。スペースの長さは、適宜調整される。このように隣り合う形状記憶部材２１それぞれは、連結部材２５によって間接的に連結されることとなる。

経路部材４３は、連結部材２５の端部に挿入される。なお連結部材２５の端部が経路部材４３に挿入されもよい。経路部材４３は、連結部材２５の内部空間を通じて形状記憶部材２１の内部に流体を導く。

本変形例では、形状記憶ユニット２２の全長に対して形状記憶部材２１の数を減らしたり、形状記憶部材２１の長さを短くでき、形状記憶部材２１を容易に加工できる。

［第２の変形例］
以下に、図５を参照して、第２の実施形態の第２の変形例について説明する。図５は、第２の実施形態の第２の変形例の剛性可変システムの概略図である。本変形例では、図３に示す第２の実施形態とは異なることを主に記載する。

連結部材２５は、例えば、樹脂材でよい。連結部材２５は、形状記憶ユニット２２の全長と同じ長さを有する１本のチューブとして機能する。剛性可変装置２０の長手軸方向において隣り合う形状記憶部材２１それぞれは、全長に渡って連結部材２５の内部に配置される。隣り合う形状記憶部材２１それぞれの端部は、連結部材２５の内部において、互いに接するように配置される。

１つの加熱部材２３は、連結部材２５の全長に渡って配置される。加熱部材２３の数にあわせて、１つの駆動部３１が配置される。加熱部材２３は、連結部材２５の外側周囲に配置される。加熱部材２３は、連結部材２５の長手軸に沿って、連結部材２５の外周囲を螺旋状に延びている。加熱部材２３は、連結部材２５の外周面に密着しているが、連結部材２５の外周面から適度なすき間だけ離れて配置されてもよい。加熱部材２３から発生した熱は、連結部材２５を介して形状記憶部材２１に伝わる。また第２の実施形態と同様に、加熱部材２３と駆動部３１とは、３つの形状記憶部材２１それぞれに配置されてもよい。

本変形例では、形状記憶部材２１の内部を流れる冷却用の流体の形状記憶部材２１の連結部分からの漏れを連結部材２５によって防止できる。

[第３の実施形態]
以下に、図６を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は、第３の実施形態の剛性可変システムの概略図である。本実施形態では、図３に示す第２の実施形態とは異なることを主に記載する。

形状記憶ユニット２２は、経路部材４３に接続される筒状部材２７を有する。筒状部材２７は、形状記憶ユニット２２の内部空間に配置される。筒状部材２７は、剛性可変装置２０の長手軸方向において形状記憶ユニット２２の全長に渡って配置される。筒状部材２７は、形状記憶ユニット２２の全長よりも長くてもよい。したがって、供給源４１とは逆側の筒状部材２７の端部は、図６の一番左に配置される形状記憶部材２１よりも図６の左側に突出してもよい。筒状部材２７の外周面は、形状記憶部材２１の内周面に接触してもよい。筒状部材２７は、例えば、樹脂材のチューブである。

流体は、供給源４１から経路部材４３を経由して筒状部材２７の内部を流れる。本実施形態では、連結部分からの流体の漏れを筒状部材２７によって防止できる。

なお筒状部材２７の外周面は形状記憶部材２１の内周面に接合されてもよく、筒状部材２７は形状記憶ユニット２２の内部空間に配置されて形状記憶部材２１の内側から形状記憶部材２１を連結する内側連結部材として機能してもよい。これにより形状記憶部材２１の連結部分の連結強度を筒状部材２７によって向上できる。筒状部材２７は、経路部材４３と一体となっていてもよい。

［変形例］
以下に、図７を参照して、第３の実施形態の変形例について説明する。図７は、第３の実施形態の変形例の剛性可変システムの概略図である。本変形例は、図４に示す第２の実施形態の第１の変形例に示す構成に、図６に示す第３の実施形態の筒状部材２７が組み合わされたものである。

つまり、隣り合う形状記憶部材２１それぞれの端部が連結部材２５の内部において互いに対して離れた状態で、筒状部材２７は、形状記憶部材２１の内部と連結部材２５の内部とに配置される。

本変形例では、流体が連結部材２５の内周面と形状記憶部材２１の端部との段差によって阻害されることなく、流体を筒状部材２７によって形状記憶部材２１の内部にスムーズに供給できる。

[第４の実施形態]
以下に、図８を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。図８は、第４の実施形態の剛性可変システムの概略図である。本実施形態では、図６に示す第３の実施形態とは異なることを主に記載する。

本実施形態では、連結部材２５が図６に示す第３の実施形態の構成から省略され、筒状部材２７の外周面は形状記憶部材２１の内周面に接合されている。筒状部材２７は、形状記憶ユニット２２の内部空間に配置されて形状記憶部材２１の内側から形状記憶部材２１を連結する内側連結部材として機能する。

１つの加熱部材２３は、形状記憶ユニット２２の全長に渡って配置される。加熱部材２３の数にあわせて、１つの駆動部３１が配置される。

本実施形態では、連結部材２５を省略でき、剛性可変装置２０の部品点数を削減できる。

[第５の実施形態]
以下に、図９を参照して、本発明の第５の実施形態について説明する。図９は、第５の実施形態の剛性可変システムの概略図である。本実施形態では、図８に示す第４の実施形態とは異なることを主に記載する。

図９では、図示の簡略のため２つの形状記憶ユニット２２ａ，２２ｂが配置されている例を示しているが、形状記憶ユニットの数は複数であればよい。

形状記憶ユニット２２ａ，２２ｂそれぞれにおいて、複数の形状記憶部材２１は形状記憶部材２１の内部に配置される筒状部材２７によって連結されている。また剛性可変装置２０の長手軸方向において隣り合う形状記憶ユニット２２ａ，２２ｂの端部は、互いに対して離れて配置されている。したがって、剛性可変装置２０の長手軸方向において形状記憶ユニット２２ａ，２２ｂそれぞれの間には、スペース２９が配置される。スペース２９の長さは、適宜調整される。

１本の筒状部材２７は、形状記憶ユニット２２ｂの内部空間から形状記憶ユニット２２ａの内部空間に延びて配置されており、形状記憶ユニット２２ａと形状記憶ユニット２２ｂとを間接的に連結する。

本実施形態では、可撓性部材１０１の互いに対して離れた２つの部分に形状記憶ユニット２２ａ，２２ｂを配置することで、互いに対して離れた２つの部分の剛性を素早く切り替えることができる。また可撓性部材１０１においてスペース２９が配置される部分の剛性を、筒状部材２７の剛性に常に維持できる。

[第６の実施形態]
以下に、図１０Ａを参照して、本発明の第６の実施形態について説明する。図１０Ａは、第６の実施形態の剛性可変システムの概略図である。図１０Ａにおいて、図１に図示されている部材と同一の参照符号で指示されている部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。以下、上記した各実施形態とは異なることを主に記載する。

剛性可変装置２０は、第１の長手部材５０と、第１の長手部材５０に沿って移動可能な第２の長手部材７０と、第１の長手部材５０に対して第２の長手部材７０を移動させる移動機構８０とをさらに有する。第１の長手部材５０は外筒であり、第２の長手部材７０は第１の長手部材５０の内部に配置される芯部である。例えば、外筒の長手軸に垂直な外筒の断面形状は環形状であり、芯部の長手軸に垂直な芯部の断面の外周は環形状である。この場合、剛性可変装置２０は、どの方向の曲がりに対しても安定した剛性を提供する。外筒及び芯部それぞれの断面形状は、必ずしも環形状である必要はなく、他の形状、例えばＣ字形状であってもよい。

本実施形態では、例えば、第１の長手部材５０は、可撓性部材１０１に対して相対的に位置決め固定される。

第１の長手部材５０は、少なくとも１つの筒状の硬質部材５１と、少なくとも１つの加熱部材２３と、少なくとも１つのリング状の断熱部材５７と、中空形状の外側支持部材５５とを有する。図１０Ａでは、図示の簡略のため３つの硬質部材５１と２つの加熱部材２３と４つの断熱部材５７とが配置されている例を示しているが、これらの数はいくつでもよい。

外側支持部材５５は、硬質部材５１と加熱部材２３と断熱部材５７との内部に配置される。外側支持部材５５は、硬質部材５１と加熱部材２３と断熱部材５７とに対する芯部材として機能する。外側支持部材５５は、硬質部材５１と加熱部材２３と断熱部材５７とを支持する円筒状の外側支持部材である。

外側支持部材５５は、第２の長手部材７０の全長に渡って、第２の長手部材７０を覆う。例えば、外側支持部材５５の長さは、第２の長手部材７０の長さと略同一である。外側支持部材５５の長さは、第２の長手部材７０の長さよりも長くてもよい。外側支持部材５５は、第１の長手部材５０に対して第１の長手部材５０の長手軸方向に沿って移動する第２の長手部材７０を、第１の長手部材５０の長手軸方向に沿ってガイドする。外側支持部材５５は、湾曲可能となっている。

外側支持部材５５は、例えば、密着巻きコイルといったコイル部材を有する。外側支持部材５５のコイル部材は、疎巻きコイルでもよい。外側支持部材５５は、柔らかいチューブや、複数の金属素線が互いに対して撚り合わされた筒部材でもよい。外側支持部材５５は、例えば、金属製のワイヤ状且つ螺旋状の部材を有してもよい。

硬質部材５１は、例えば円筒状である。硬質部材５１は、例えば、金属材のパイプを有する。硬質部材５１は、加熱部材２３と外側支持部材５５とは別体である。硬質部材５１の長さは、外側支持部材５５の長さよりも短く、加熱部材２３の長さよりも長い。なお硬質部材５１の長さは、加熱部材２３の長さと略同一でも短くてもよい。

硬質部材５１の内周面は、外側支持部材５５の外周面に、例えば接着または溶接などによって固定される。そして硬質部材５１は、外側支持部材５５に位置決めされる。複数の硬質部材５１のそれぞれは、第１の長手部材５０の長手軸方向において、互いに対して直接接触しておらず、互いに対して所望する間隔離れて配置されている。言い換えると、硬質部材５１は、外側支持部材５５の全長において、外側支持部材５５を部分的に囲う。したがって、第１の長手部材５０の長手軸方向において、硬質部材５１それぞれの間には、第１のスペースが配置される。この第１のスペースには加熱部材２３が配置されており、硬質部材５１と加熱部材２３とは第１の長手部材５０の長手軸方向において外側支持部材５５の外周面において交互に配置される。

本実施形態では、１つの加熱部材２３が外側支持部材５５を外側支持部材５５の全長に渡って巻回するのではなく、１つの加熱部材２３が外側支持部材５５の全長における外側支持部材５５の一部位を巻回する。このように加熱部材２３は、外側支持部材５５を部分的に巻回する。

加熱部材２３は、第１の長手部材５０の長手軸方向において、硬質部材５１によって外側支持部材５５に位置決めされる。加熱部材２３の巻きの外径は、硬質部材５１の外径と略同一である。加熱部材２３の巻きは、第１の長手部材５０の長手軸に直交する方向において、硬質部材５１に対して突出していないことが好ましい。加熱部材２３の内周面は、外側支持部材５５の外周面に接触しており、外側支持部材５５の外周面に固定されてもよい。なお加熱部材２３の内周面は、外側支持部材５５の外周面から離れてもよい。

以上のような硬質部材５１と加熱部材２３と外側支持部材５５とによって、第１の長手部材５０は、相対的に曲げ剛性が高い複数の高曲げ剛性部６１と、相対的に曲げ剛性が低い複数の低曲げ剛性部６３とを有する。すなわち、高曲げ剛性部６１は、筒状の硬質部材５１と、硬質部材５１の内部に配置される外側支持部材５５の一部位とによって形成される。また低曲げ剛性部６３は、加熱部材２３と、加熱部材２３の内部に配置される外側支持部材５５の一部位とによって形成される。外側支持部材５５は、高曲げ剛性部６１と低曲げ剛性部６３とに共有されている。

硬質部材５１は加熱部材２３よりも硬くなっており、硬質部材５１は高い曲げ剛性を有する筒状の硬質部であり、外側支持部材５５と加熱部材２３とは低い曲げ剛性を有する筒状の軟質部である。

このように高曲げ剛性部６１の曲げ剛性は高く、低曲げ剛性部６３の曲げ剛性は高曲げ剛性部６１の曲げ剛性よりも低くなっている。そして、第１の長手部材５０は、高曲げ剛性部６１では比較的曲がりにくく、低曲げ剛性部６３では比較的曲がりやすくなる。

図１０Ａでは、図示の簡略のため、３つの高曲げ剛性部６１と２つの低曲げ剛性部６３とが配置されている例を示している。

硬質部材５１と加熱部材２３とは、交互に配置される。この配置によって、複数の高曲げ剛性部６１と複数の低曲げ剛性部６３とは、外側支持部材５５の長手軸方向において交互に配置される。硬質部材５１の長さと加熱部材２３の長さとによって、高曲げ剛性部６１の長さは、低曲げ剛性部６３の長さよりも長い。なお、高曲げ剛性部６１の長さは、低曲げ剛性部６３の長さと略同一、または短くてもよい。

第１の長手部材５０が製造される際、外側支持部材５５によって、硬質部材５１が位置決めされ、硬質部材５１それぞれの間隔（第１のスペースの長さ）が規定され、加熱部材２３が位置決めされる。つまり外側支持部材５５は、高曲げ剛性部６１と低曲げ剛性部６３との位置決めと、高曲げ剛性部６１及び低曲げ剛性部６３それぞれの長さの規定とを容易に実施する効果を有する。また、外側支持部材５５は、第１の長手部材５０の機械的な強度を向上させる効果を有する。

図１０Ａでは、第１の長手部材５０の両端部それぞれには、高曲げ剛性部６１が配置されるが、配置はこれに限定される必要はない。両端部それぞれに低曲げ剛性部６３が配置されてもよいし、一端部に高曲げ剛性部６１が配置され、他端部に低曲げ剛性部６３が配置されてもよい。

第１の長手部材５０は可撓性部材１０１に対して相対的に位置決め固定されるため、低曲げ剛性部６３は可撓性部材１０１の所望するエリアに対して相対的に位置決め固定されることとなる。

断熱部材５７は、例えば、樹脂材である。断熱部材５７は、第１の長手部材５０の長手軸方向において、硬質部材５１と加熱部材２３との間に配置される。断熱部材５７は、例えば接着または溶接などによって、硬質部材５１の端部に固定される。断熱部材５７は、加熱部材２３に接触していることが好ましい。断熱部材５７は、加熱部材２３から発生した熱が硬質部材５１に伝達されることを防止する。

第２の長手部材７０は、外側支持部材５５の内部に配置されており、第１の長手部材５０に隣接している。

第２の長手部材７０は、中空形状の内側支持部材７５と、少なくとも１つの形状記憶ユニット２２と、形状記憶ユニット２２の形状記憶部材２１よりも軟質な少なくとも１つの軟質部材７３と、筒状部材２７とを有する。図１０Ａでは、図示の簡略のために、２つの形状記憶ユニット２２と３つの軟質部材７３とが配置されている例を示しているが、これらの数はいくつでもよい。形状記憶ユニット２２と軟質部材７３とは、内側支持部材７５の内部に配置される。

内側支持部材７５は、形状記憶ユニット２２の外周面と軟質部材７３の外周面とを外側支持部材５５の内周面に対して保護する保護部材として機能する。内側支持部材７５は、外側支持部材５５と形状記憶ユニット２２及び軟質部材７３との間に介在し、形状記憶ユニット２２及び軟質部材７３が外側支持部材５５と直接接触することを防止する介在部材である。内側支持部材７５は、形状記憶ユニット２２及び軟質部材７３を支持する。内側支持部材７５は、湾曲可能である。

内側支持部材７５の外周面は外側支持部材５５の内周面に接触しており、内側支持部材７５は移動機構８０によって外側支持部材５５を摺動する。内側支持部材７５が外側支持部材５５に対して移動できれば、内側支持部材７５の外周面は外側支持部材５５の内周面とは接触しておらず、図示しないスペースが内側支持部材７５の外周面と外側支持部材５５の内周面との間に形成されてもよい。

内側支持部材７５は、例えば円筒状である。内側支持部材７５は、例えば、密着巻きコイルといったコイル部材を有する。内側支持部材７５のコイル部材は、疎巻きコイルでもよい。内側支持部材７５は、柔らかいチューブや、複数の金属素線が互いに対して撚り合わされた筒部材でもよい。内側支持部材７５は、例えば、金属製のワイヤ状且つ螺旋状の部材を有してもよい。内側支持部材７５の長さは、低曲げ剛性部６３の長さと略同一である。

形状記憶ユニット２２の長さは、内側支持部材７５よりも短い。形状記憶ユニット２２の長さは、高曲げ剛性部６１の長さと略同一であり、低曲げ剛性部６３の長さよりも長いことが好ましい。

形状記憶ユニット２２それぞれは、第２の長手部材７０の長手軸方向において、互いに対して直接接触しておらず、互いに対して所望する間隔離れて配置される。したがって、第２の長手部材７０の長手軸方向において、形状記憶ユニット２２それぞれの間には、第２のスペースが配置される。この第２のスペースには、軟質部材７３が配置される。また軟質部材７３は、第２の長手部材７０の長手軸方向における第２の長手部材７０の両端部にも配置されている。したがって、複数の形状記憶ユニット２２と複数の軟質部材７３とは、第２の長手部材７０の長手軸方向において、交互に配置されて、第２の長手部材７０の長手軸方向に沿って配置される。形状記憶ユニット２２と軟質部材７３とは、内側支持部材７５の全長において、内側支持部材７５の内部に部分的に配置される。

軟質部材７３の端部は、この端部に隣り合う形状記憶ユニット２２の端部に、接触する。軟質部材７３の端部は、この端部に隣り合う形状記憶ユニット２２の端部に、例えば接着または溶接などによって固定されてもよい。軟質部材７３は、形状記憶ユニット２２の位置決めのために配置される。図１０Ａでは、例えば、第２の長手部材７０の両端部には、軟質部材７３が配置されている。この両端部に配置される軟質部材７３の外周面は、内側支持部材７５の内周面に、例えば接着または溶接などによって固定される。これにより、両端部に配置される以外の軟質部材７３と形状記憶ユニット２２とは、内側支持部材７５に固定されずに、内側支持部材７５に位置決めされることとなる。もちろん、形状記憶ユニット２２及び軟質部材７３それぞれの外周面が内側支持部材７５の内周面に例えば接着または溶接などによって固定され、形状記憶ユニット２２及び軟質部材７３それぞれが位置決めされてもよい。なお形状記憶ユニット２２が例えば接着または溶接などによって内側支持部材７５に固定されるのであれば、軟質部材７３は省略されてもよい。

第２の長手部材７０の両端部それぞれには、軟質部材７３が配置されるが、配置はこれに限定される必要はない。両端部それぞれに形状記憶ユニット２２が配置されてもよいし、一端部に軟質部材７３が配置され、他端部に形状記憶ユニット２２が配置されてもよい。また、両端部それぞれに配置される部材が例えば接着または溶接などによって内側支持部材７５に固定されるのであれば、両端部の間に配置される部材は内側支持部材７５に固定されていなくてもよい。

軟質部材７３は、例えば、ばね部材を有する。ばね部材は、例えば、疎巻きばねを有する。ばね部材は、例えば、密着巻きばねを有してもよい。軟質部材７３は、例えば、細いワイヤといった線状部材、またはゴムといった弾性部材を有してもよい。軟質部材７３の巻きの外径は、形状記憶ユニット２２の外径と略同一である。軟質部材７３は、例えば、湾曲可能となっている。例えば、軟質部材７３は、形状記憶ユニット２２よりも柔らかく撓みやすい。軟質部材７３の長さは、形状記憶ユニット２２の長さよりも短い。軟質部材７３の長さは、低曲げ剛性部６３と略同一であることが好ましい。

形状記憶ユニット２２は高い曲げ剛性を有する硬質部であり、軟質部材７３と内側支持部材７５とは低い曲げ剛性を有する軟質部である。そして、第２の長手部材７０は、形状記憶ユニット２２では比較的曲がりにくく、軟質部材７３では比較的曲がりやすくなる。

第２の長手部材７０が製造される際、内側支持部材７５によって、例えば、形状記憶ユニット２２及び軟質部材７３が位置決めされ、形状記憶ユニット２２それぞれの間隔が規定される。また内側支持部材７５は、第２の長手部材７０の機械的な強度を向上させる効果を有する。

例えば、形状記憶ユニット２２の曲げ剛性は、形状記憶ユニット２２の相が第１の相のとき、高曲げ剛性部６１の曲げ剛性よりも低く、低曲げ剛性部６３の曲げ剛性と略同一または低い。形状記憶ユニット２２の曲げ剛性は、形状記憶ユニット２２の相が第２の相のとき、高曲げ剛性部６１の曲げ剛性と略同一または低く、低曲げ剛性部６３の曲げ剛性よりも高い。形状記憶ユニット２２の相が第２の相のとき、形状記憶ユニット２２の曲げ剛性は、高曲げ剛性部６１の曲げ剛性よりも高くてもよい。形状記憶ユニット２２の曲げ剛性は、形状記憶ユニット２２の相が第１の相であっても第２の相であっても、軟質部材７３及び内側支持部材７５それぞれの曲げ剛性よりも高くてもよいし低くてもよい。軟質部材７３は、低曲げ剛性部６３よりも柔らかい。

本実施形態では、筒状部材２７は、形状記憶ユニット２２の内部空間と軟質部材７３の巻きの内側とに配置されている。筒状部材２７の外周面は、形状記憶ユニット２２の内周面と軟質部材７３の内周面とに接している。このような構成のおかげで、剛性可変装置２０は細くなる。なお形状記憶ユニット２２の内周面と軟質部材７３の内周面とは、筒状部材２７の外周面から適度なすき間だけ離れて配置されてもよいし、筒状部材２７の外周面に密着してもよい。

第２の長手部材７０は、外側支持部材５５の長手軸方向に沿って外側支持部材５５の内部を移動することで第１の長手部材５０に対する第２の長手部材７０の位置を変える。そして第１の長手部材５０と第２の長手部材７０との相対位置と、形状記憶ユニット２２の相とが変化することで、剛性可変装置２０の長手軸方向における剛性可変装置２０の一部位の剛性が変化する。これにより、剛性可変装置２０は、可撓性部材１０１に異なる剛性を提供する。

相対位置の変化のために、第２の長手部材７０が移動する際、内側支持部材７５の外周面は外側支持部材５５の内周面を摺動する。移動機構８０は、第２の長手部材７０の牽引または押圧によって、第２の長手部材７０を移動させる。例えば、内側支持部材７５が牽引または押圧される。移動機構８０は制御装置３０に電気的に接続されており、制御装置３０によって移動機構８０の駆動、つまり移動機構８０による第２の長手部材７０の移動が制御される。

移動機構８０は、例えば、図示しないモータと、第２の長手部材７０の一端部に接続され、モータの回転力によって第２の長手部材７０を移動させる図示しない移動部材とを有する。モータは、操作部１０３におけるスイッチ１０３ａ（図１参照）のＯＮまたはＯＦＦといった操作によって、駆動してもよい。移動部材は、例えば、内側支持部材７５の一端部に直接接続され、モータの回転力によって第２の長手部材７０を牽引または押圧する。このとき、内側支持部材７５は、内側支持部材７５に固定されている形状記憶ユニット２２と軟質部材７３と共に移動する。また移動時において、筒状部材２７は移動せず可撓性部材１０１の内部にて固定されているため、移動する形状記憶ユニット２２と軟質部材７３とは筒状部材２７を摺動する。移動部材は、モータの配置位置から内側支持部材７５の一端部にまで配置される。例えば、移動部材は、操作部１０３と可撓性部材１０１との内部に配置される。移動部材は、例えば、ワイヤ状の部材である。このように移動機構８０は、電動式となる。

制御装置３０は、移動機構８０のモータによる第２の長手部材７０の移動を制御する。制御装置３０は、スイッチ１０３ａの操作に連動して、移動機構８０の牽引と押圧と停止とを制御する。

なお、移動機構８０として、モータが省略され、第２の長手部材７０は手動操作によって移動してもよい。例えば、移動機構８０は、モータの代わりに、操作ダイヤル１０３ｃ（図１参照）を有してもよい。操作ダイヤル１０３ｃは、移動部材に接続される。例えば、操作ダイヤル１０３ｃは、操作部１０３を把持する手の指によって操作され、操作によって操作ダイヤル１０３ｃの中心軸周りに回転する。操作ダイヤル１０３ｃは、回転によって、ＯＮの位置またはＯＦＦの位置に切り替わる。この切り替わりに応じて、移動部材は牽引または押圧される。これにより、第２の長手部材７０が移動する。操作ダイヤル１０３ｃの代わりに、図示しないレバーが用いられてもよい。このように移動機構８０は、手動式となる。この場合、制御装置３０は省略される。

また移動機構８０と制御装置３０とは省略されて、第２の長手部材７０は剛性可変装置２０を操作する操作者の手動操作によって移動してもよい。例えば、第２の長手部材７０の端部が操作者の手によって保持され、第２の長手部材７０は操作者の押し引きによって移動する。保持のために、第２の長手部材７０は第１の長手部材５０よりも長く、第２の長手部材７０の長手軸方向において第２の長手部材７０の端部が第１の長手部材５０よりも外部に突出していることが好ましい。後述するように第１の長手部材５０と第２の長手部材７０とが筒状の可撓性部材１０１の内部に配置される場合、例えば、第２の長手部材７０の端部は、操作部１０３まで延び、保持のために操作部１０３の内部から操作部１０３の筐体部を貫通して操作部１０３の外部に突出しているとよい。第２の長手部材７０の端部は、可撓性部材１０１の基端部において外部に突出してもよい。また第２の長手部材７０の端部に限らず、保持される部分が外部に突出してもよい。

図１０Ａは、剛性可変装置２０が最低剛性状態（超軟質状態）であることを示す図でもある。最低剛性状態では、剛性可変システム１０は初期状態であり、駆動部３１は加熱部材２３に電流を供給しておらず、加熱部材２３は熱を発生しておらず、形状記憶ユニット２２の相が第１の相であり、形状記憶ユニット２２は低剛性状態である。また最低剛性状態では、供給源４１は、流体を供給していない。

最低剛性状態において、低剛性状態である形状記憶ユニット２２は硬質部である高曲げ剛性部６１の内部に配置され、軟質部材７３は軟質部である低曲げ剛性部６３の内部に配置される。低曲げ剛性部６３は最も曲がりやすい状態となり、剛性可変装置２０は可撓性部材１０１が撓みやすいような最も低い剛性を可撓性部材１０１に提供する。そして第１の長手部材５０と第２の長手部材７０と可撓性部材１０１とは、例えば、外力によって最も容易に撓むことが可能となる。

図１０Ｂに示すように剛性可変装置２０が最低剛性状態から低剛性状態（軟質状態）に切り替わるとき、第２の長手部材７０が図１０Ａに示す最低剛性状態に対して移動機構８０によって移動するのみである。したがって、低剛性状態では、駆動部３１は加熱部材２３に電流を供給しておらず、加熱部材２３は熱を発生しておらず、形状記憶ユニット２２の相が第１の相であり、供給源４１は流体を供給していない。

低剛性状態において、軟質部材７３よりも硬い低剛性状態である形状記憶ユニット２２は低曲げ剛性部６３の内部に配置され、低曲げ剛性部６３は最低剛性状態に比べて曲がり難くなる。したがって、剛性可変装置２０は、可撓性部材１０１が撓みやすいような比較的低い剛性を可撓性部材１０１に提供する。第１の長手部材５０と第２の長手部材７０と可撓性部材１０１とは、例えば、最低剛性状態に比べて曲がり難くなる。

図１０Ｃに示すように剛性可変装置２０が低剛性状態から高剛性状態（硬質状態）に切り替わるとき、第２の長手部材７０は図１０Ｂに示す低剛性状態に対して移動していない。高剛性状態では、駆動部３１は加熱部材２３に電流を供給し、加熱部材２３は熱を発生する。供給源４１は、流体を供給していない。

高剛性状態において、形状記憶ユニット２２は加熱部材２３から発生した熱によって熱せられて、形状記憶ユニット２２の相は熱によって第１の相から第２の相に切り替わる。これにより形状記憶ユニット２２は低剛性状態から高剛性状態に変化する。高剛性状態の形状記憶ユニット２２を、図１０Ｃでは黒塗りで示す。

高剛性状態である形状記憶ユニット２２は軟質部である低曲げ剛性部６３の内部に配置され、低曲げ剛性部６３は低剛性状態に比べて曲がり難い状態となる。したがって、剛性可変装置２０は、可撓性部材１０１が撓みにくいような比較的高い剛性を可撓性部材１０１に提供する。撓みにくい形状は、例えば直線状であってよい。第１の長手部材５０と第２の長手部材７０と可撓性部材１０１とは、例えば、略直線状態を維持可能となる、または外力によって低剛性状態に比べて曲がり難くなることが可能となる。

図１０Ｃでは、２つの形状記憶ユニット２２が高剛性状態となっているが、これに限定される必要はない。２つの形状記憶ユニット２２のうちの選択された形状記憶ユニット２２が高剛性状態となってもよい。軟質部材７３の熱伝導率は、形状記憶ユニット２２の熱伝導率よりも低い。したがって、熱せられた形状記憶ユニット２２から軟質部材７３を通じて他の熱せられていない形状記憶ユニット２２への、熱の伝達は抑制される。

剛性可変装置２０が図１０Ｃに示す高剛性状態から図１０Ａに示す最低剛性状態に戻るときは、図１０Ｄと図１０Ｅとに示すように動作する。図１０Ｄと図１０Ｅとは、剛性可変装置２０が高剛性状態から最低剛性状態に戻る過程を示す戻り状態であることを示す。戻り状態は、図１０Ｄに示す第１戻り状態と、図１０Ｅに示す第２戻り状態とを有する。第２戻り状態は、第１戻り状態の後の状態である。

第１戻り状態では、第２の長手部材７０は、例えば図１０Ｃに示す高剛性状態に対して移動機構８０によって移動する。駆動部３１は加熱部材２３への電流の供給を停止し、加熱部材２３は熱の発生を停止する。供給源４１は、流体を供給してもよい。

第１戻り状態において、高剛性状態である形状記憶ユニット２２は高曲げ剛性部６１の内部に配置され、軟質部材７３は軟質部である低曲げ剛性部６３の内部に配置される。したがって、低曲げ剛性部６３は最も曲がりやすい状態となり、剛性可変装置２０は可撓性部材１０１に最も低い剛性を提供する。このとき、高剛性状態である形状記憶ユニット２２は、移動機構８０によって低曲げ剛性部６３から高曲げ剛性部６１に移動している。したがって第１状態では、高剛性状態である形状記憶ユニット２２の温度が下がるのを待たずに、剛性可変装置２０を高剛性状態から最低剛性状態に短時間に切り替えることができる。

第２戻り状態では、第２の長手部材７０は、例えば図１０Ｄに示す第１戻り状態に対して移動機構８０によって移動しない。駆動部３１は加熱部材２３に電流を供給しておらず、加熱部材２３は熱を発生していない。供給源４１は、流体を供給する。

供給源４１から流出した流体は、図１０Ｅに矢印で示すように経路部材４３の内部空間と筒状部材２７の内部空間を通り抜ける。形状記憶ユニット２２の熱は、筒状部材２７を通じて流体に伝わり、流体と共に筒状部材２７の内部空間を通り抜ける。このように冷却機構４０は、筒状部材２７の内部空間に流体を供給することによって、形状記憶ユニット２２を所望する温度に冷却する。所望する温度とは、例えば形状記憶ユニット２２の相が第１の相となる温度である。

したがって、第２戻り状態において、高剛性状態である形状記憶ユニット２２は、流体によって冷却され、低剛性状態に変化する。そして、第２戻り状態は、図１０Ａに示す最低剛性状態に切り替わる。この第２戻り状態では、形状記憶ユニット２２は、自然冷却されるよりも早く冷却されて素早く低剛性状態に戻ることができる。第２状態では、初期状態である最低剛性状態から低剛性状態への変化、つまり剛性可変装置２０の再駆動を早めることができる。

このように、本実施形態では、可撓性部材１０１における所望するエリアの剛性の切り替えに対する応答性を向上でき、剛性の可変を精密に制御できる。

なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。

本発明は、可撓性部材に異なる剛性を提供する剛性可変装置と、剛性可変装置を有する剛性可変システムと、剛性可変装置を有する内視鏡と、剛性可変装置の剛性変更方法とに関する。

本発明の目的は、製造が容易な剛性可変装置と、この剛性可変装置を有する剛性可変システムと、この剛性可変装置を有する内視鏡と、剛性可変装置の剛性変更方法とを提供することである。

前記の目的を達成するために、本発明の剛性可変装置の一態様は、低剛性状態を取る第１の相と前記低剛性状態よりも高い剛性を有する高剛性状態を取る第２の相との間で相が移り変わり得る少なくとも２つの中空形状の形状記憶部材が連結されて形成され、前記形状記憶部材それぞれの中空部が連結され、前記形状記憶部材を冷却するための流体が流れるように構成された孔状の内部空間を有するように形成された形状記憶ユニットと、前記形状記憶部材を加熱するように構成された加熱部材とを具備する。

前記の目的を達成するために、本発明の剛性可変装置の一態様は、第１の長手部材と、前記第１の長手部材に沿って移動可能な第２の長手部材と、を具備し、前記第１の長手部材は、少なくとも１つの硬質部材を含む高曲げ剛性部と、少なくとも１つの前記硬質部材に隣り合い、少なくとも１つの前記第２の長手部材を加熱するように構成された加熱部材を含む低曲げ剛性部と、を有し、前記第２の長手部材は、低剛性状態を取る第１の相と前記加熱部材の加熱によって前記低剛性状態よりも高い剛性を有する高剛性状態を取る第２の相との間で相が移り変わり得る少なくとも２つの中空形状の形状記憶部材によって形成され、前記形状記憶部材それぞれの中空部が連結されて、前記形状記憶部材を冷却するための流体が流れるように構成された孔状の内部空間を有するように形成された少なくとも１つの形状記憶ユニットと、前記少なくとも１つの形状記憶ユニットに隣り合い、前記低曲げ剛性部よりも柔らかく、前記形状記憶部材の前記内部空間に連結された内部空間に前記流体が流れる中空形状の軟質部材とを有する。

前記の目的を達成するために、本発明の内視鏡の一態様は、上記の剛性可変装置と、前記剛性可変装置が装着された前記可撓性部材とを具備する。
前記の目的を達成するために、本発明の剛性変更方法の一態様は、剛性可変装置の剛性変更方法であって、前記剛性可変装置は、低剛性状態を取る第１の相と前記低剛性状態よりも高い剛性を有する高剛性状態を取る第２の相との間で相が移り変わり得る少なくとも２つの中空形状の形状記憶部材が連結されて形成され、前記形状記憶部材それぞれの中空部が連結され、孔状の内部空間を有するように形成された形状記憶ユニットと、加熱部材と、を有し、前記加熱部材によって前記形状記憶部材を加熱することと、前記孔状の内部空間に流体を流すことで前記形状記憶部材を冷却することとを具備する。

本発明によれば、製造が容易な剛性可変装置と、この剛性可変装置を有する剛性可変システムと、この剛性可変装置を有する内視鏡と、剛性可変装置の剛性変更方法とを提供できる。

内視鏡１００は、医療用でもよいし、工業用でもよい。内視鏡１００は、可撓性部材１０１と、可撓性部材１０１の基端部に連結される操作部１０３と、可撓性部材１０１に装着される剛性可変装置２０とを有する。

Claims (17)

1. 可撓性部材に装着され、前記可撓性部材に異なる剛性を提供する剛性可変装置であって、
   低剛性状態を取る第１の相と高剛性状態を取る第２の相との間で相が移り変わり得る少なくとも２つの中空形状の形状記憶部材が連結されて形成され、前記形状記憶部材それぞれの中空部が連結され、前記形状記憶部材を冷却するための流体が流れるように構成された孔状の内部空間を有するように形成された形状記憶ユニットと、
   前記形状記憶部材を加熱するように構成された加熱部材と、
   を具備する剛性可変装置。
2. 前記形状記憶ユニットは、筒状の連結部材を有し、
   前記連結部材は、前記形状記憶部材それぞれの外部に配置され、前記形状記憶部材それぞれを連結する請求項１に記載の剛性可変装置。
3. 前記流体は、前記形状記憶部材の内周面に接した状態で前記内部空間を流れる請求項２に記載の剛性可変装置。
4. 隣り合う前記形状記憶部材のそれぞれは、互いに接するように配置された請求項２に記載の剛性可変装置。
5. 隣り合う前記形状記憶部材のそれぞれは、互いに離れて配置された請求項２に記載の剛性可変装置。
6. 前記形状記憶ユニットは、筒状部材を有し、
   前記筒状部材は、前記内部空間に配置され、前記流体が内部を流れるように構成された請求項２に記載の剛性可変装置。
7. 前記筒状部材は、前記形状記憶部材の内側から前記形状記憶部材を連結する請求項６に記載の剛性可変装置。
8. 前記形状記憶ユニットは、筒状部材を有し、
   前記筒状部材は、前記内部空間に配置され、前記流体が内部を流れるように構成され、前記形状記憶部材の内側から前記形状記憶部材を連結する請求項１に記載の剛性可変装置。
9. 隣り合う前記形状記憶部材のそれぞれは、互いに接するように配置された請求項８に記載の剛性可変装置。
10. 隣り合う前記形状記憶部材のそれぞれは、互いに離れて配置された請求項８に記載の剛性可変装置。
11. 前記加熱部材は、前記形状記憶部材の外側周囲に配置された請求項１に記載の剛性可変装置。
12. 前記形状記憶部材は、形状記憶合金を有する請求項１に記載の剛性可変装置。
13. 請求項１に記載の剛性可変装置と、
    前記加熱部材の加熱を制御する制御装置と、
    前記流体を前記形状記憶ユニットに供給する冷却機構と、
    を具備する剛性可変システム。
14. 請求項１に記載の剛性可変装置と、
    前記剛性可変装置が装着された前記可撓性部材と、
    を具備する内視鏡。
15. 可撓性部材に装着され、前記可撓性部材に異なる剛性を提供する剛性可変装置であって、
    第１の長手部材と、
    前記第１の長手部材に沿って移動可能な第２の長手部材と、
    を具備し、
    前記第１の長手部材は、
    少なくとも１つの硬質部材を含む高曲げ剛性部と、
    少なくとも１つの前記硬質部材に隣り合い、少なくとも１つの前記第２の長手部材を加熱するように構成された加熱部材を含む低曲げ剛性部と、
    を有し、
    前記第２の長手部材は、
    低剛性状態を取る第１の相と前記加熱部材の加熱によって高剛性状態を取る第２の相との間で相が移り変わり得る少なくとも２つの中空形状の形状記憶部材によって形成され、前記形状記憶部材それぞれの中空部が連結されて、前記形状記憶部材を冷却するための流体が流れるように構成された孔状の内部空間を有するように形成された少なくとも１つの形状記憶ユニットと、
    前記少なくとも１つの形状記憶ユニットに隣り合い、前記低曲げ剛性部よりも柔らかく、前記形状記憶部材の前記内部空間に連結された内部空間に前記流体が流れる中空形状の軟質部材と、
    を有する剛性可変装置。
16. 請求項１５に記載の剛性可変装置と、
    前記加熱部材の加熱を制御する制御装置と、
    前記流体を前記形状記憶ユニットに供給する冷却機構と、
    を具備する剛性可変システム。
17. 請求項１５に記載の剛性可変装置と、
    前記剛性可変装置が装着された前記可撓性部材と、
    を具備する内視鏡。

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