KR100618099B1

KR100618099B1 - 능동 세관 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100618099B1
Application number: KR1019990057530A
Authority: KR
Inventors: 에사시마사요시; 요이치 하가
Original assignee: 에사시마사요시; 요이치 하가
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2006-08-29
Also published as: CN1258826A; KR20000057056A; TW411278B; JP2000233027A; JP4096325B2; DE69924082T2; DE69924082D1; EP1010440B1; US7223329B2; US20050006009A1; EP1010440A2; US6672338B1; EP1010440A3; CN1165700C

Abstract

본 발명은 단순한 구조이고, 비틀림 회전 운동 기구, 신축 운동 기구, 굴곡 운동 기구 및 경도 조절 기구를 가지며, 세경화(細徑化)를 용이하게 할 수 있는 동시에, 다수이며 유연한 배선을 탑재하는 것이 가능한 능동 세관 및 제조 방법을 제공하는 것이다.

J자 형상의 구부러진 부분에 설치된 굴곡 운동 기구부(A)와, 이 굴곡 운동 기구부(A)와 연결되어 J자 형상으로 구부러지기 시작하는 근본 부분 부근에 설치된 비틀림 회전 운동 기구부(B)와, 이 비틀림 회전 운동 기구부(B)와 연결되어 J자 형상의 직선 부분에 설치된 신축 운동 기구부(C)와, 이 신축 운동 기구부(C)와 연결되어 설치된 경도(硬度) 조절 기구부(D)와, 이들 기구부(A, B, C 및 D)의 내측에 간극을 형성하여 삽입된 내측 튜브(3)를 구비하고, 전체를 두께가 얇은 실리콘 고무 튜브 등의 외측 튜브(4)로 덮은 것이며, 내측 튜브(3)는 워킹 채널(working tube)이라고 불린다.

능동세관, 세관, 마이크로머신, 내시경, 능동카테테르, 카테테르

Description

능동 세관 및 그 제조 방법{ACTIVE SLENDER TUBES AND METHOD OF MAKING THE SAME}

도 1은 본 발명에 의한 제1 실시예의 능동 카테테르(active catheter)의 일부 투시도이다.

도 2는 본 발명에 의한 제2 실시예의 굴곡 3방향형의 능동 가이드 와이어(active guide wire) 일부 투시도이다.

도 3은 제3 실시예의 굴곡 1방향형의 능동 가이드 와이어 일부 투시도이다.

도 4는 제4 실시예의 접속용 와이어를 가지는 능동 가이드 와이어의 일부 투시도이다.

도 5는 제5 실시예의 능동 가이드 와이어의 일부 투시도이다.

도 6은 본 실시예에 관한 메일(male) 및 피메일(female)전극 커넥터의 외관도이다.

도 7은 능동 카테테르의 굴곡 운동 기구부의 일부 투시도이다.

도 8은 리드 선(lead wire)의 접속 개소를 도시한 상세도이다.

도 9는 실제의 회로부 (A)와 등가 회로 (B)를 도시한 도면이다.

도 10은 평선형 라이너 코일(flat wire type liner coil)의 평면도이다.

도 11은 비틀림 회전 기구부에서, (A)는 형상 기억한 SMA 액츄에이터(actuator)를 도시하고, (B)는 SMA는 액츄에이터를 비틀림 회전시켜 형상 기억된 상태보다 약간 큰 직경으로 한 SMA 액츄에이터를 도시한 도면, (C)는 비틀림 회전 운동 기구부의 외관도이다.

도 12는 본 실시예에 관한 비틀림 회전 운동 기구부의 움직임을 도시한 개념도이다.

도 13은 신축 운동 기구를 도시하며, (A)는 형상 기억한 SMA 액츄에이터를, (B)는 SMA 액츄에이터를 축소한 상태를 도시한 도면, (C)는 신축 운동 기구부의 외관도이다.

도 14는 본 실시예에 관한 신축 운동 기구부의 움직임을 도시한 개념도이다.

도 15는 경도 조절 기구를 도시한 도면이며, (A)는 본래 상태의 길이의 SMA 액츄에이터를 도시한 도면, (B)는 경도 조절 기구부의 외관도이다.

도 16은 본 실시예에 관한 경도 조절 기구부의 움직임을 도시한 개념도이다.

도 17은 외골격형 능동 가이드 와이어의 조립 공정을 도시한 공정도이다.

도 18은 외골격형 능동 가이드 와이어의 조립 공정을 도시한 공정도이다.

도 19는 본 실시예에 관한 지그(jig)의 외관도이다.

도 20은 전기 도금에 의한 능동 세관의 조립 공정의 주요부룰 도시하며, (A)는 전기 도금 전, (B)는 전기 도금 후를 도시한다.

도 21은 리드 선을 포함하여 전기 도금하는 능동 세관의 조립 공정의 주요부에서, (A)는 전기 도금 전, (B)는 전기 도금 후를 도시한 도면이다.

도 22는 절연성 수지로 라이너 코일과 SMA 액츄에이터를 고정하는 능동 세관 의 조립 공정의 주요부에서, (A)는 전착(電着) 전, (B)는 전착 후를 도시한 도면이다.

도 23의 (A)∼(G)는 절연성 수지로 라이너 코일과 SMA 액츄에이터를 고정하는 능동 세관의 조립 공정의 주요부를 도시한 도면이다.

도 24의 (A)∼(H)는 절연성 수지로 라이너 코일과 SMA 액츄에이터를 고정하는 능동 세관의 조립 공정 요부를 도시한 도면이다.

도 25는 수지의 전착 또는 전기 도금 공정에 관한 장치 구성을 도시한 개략도이다.

도 26은 본 발명에 의한 제6 실시예의 투시도이다.

도 27은 나선형 기판을 라이너 코일로 사용한 일부 개략도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1：능동 카테테르, 3：내측 튜브, 4：외측 튜브, 5, 72, 223：도전성 접착제, 6：라이너 코일, 17：비도전성 접착제, 8, 12, 14, 16, 176：SMA 액츄에이터, 20, 30, 50：능동 가이드 와이어, 21：캡, 42：접속용 와이어, 52：피메일 전극 커넥터, 54：메일 전극 커넥터, 70：굴곡 운동 기구부, 74, 113, 210：리드 선, 77：조립용 금속 로드, 78：지지 부재, 92：제1 관절, 94：제2 관절, 96：제3 관절, 97, 99：스위치, 110：비틀림 회전 운동 기구부, 112：고정용 튜브, 120：능동 가이드 와이어, 122：혈관, 130：신축 운동 기구부, 150：경도 조절 기구부, 171：조립용 실리콘 고무 튜브, 173：제1 금속 로드, 175：제2 금속 로드, 200：도금액, 200′：용액, 202：SMA 액츄에이터, 203：전극, 204, 208, 213：비절연부, 206, 207：절연부, 209：결합 금속, 210：리드 선, 220：절연물, 221：금속 로드, 222：열 수축성 튜브, 225：전기 접합부, 226：실리콘 고무 튜브, 227：아크릴 수지, 231：센서, 233：금속 배선, 235：나선형 기판

본 발명은 마이크로머신 분야에 이용하는 것으로, 복잡한 기계나 배관(配管)에 삽입되어 검사나 메인티넌스(maintenance) 등을 행하고, 또한 능동 카테테르(active catheter) 또는 능동 가이드 와이어(active guide wire)로서 인체의 혈관이나 기관 등에 삽입되어 진단 또는 치료 등에 이용하는 능동 세관(active slender tube)에 관한 것이다.

또, 복수의 조합에 의해 다관절(多關節), 다족(多足) 등의 로봇 또는 정교한 완구 등에 이용할 수 있는 능동 세관에 관한 것이다.

근래, 구동용 와이어를 이용한 능동 내시경이 대장(大腸) 등의 진단용으로 사용되고 있으며, 통전(通電) 가열에 의해 신축되는 형상 기억 합금(shape memory alloy)(이하, 「SMA」라고 함)을 액츄에이터로서 이용한 능동 카테테르(catheter)의 개발이 이루어지고 있다.

또, 마이크로머시닝 기술(micro-machining technology)의 발달에 따라, 의료용 카테테르에 실장 가능한 다양한 마이크로센서(micro-sensor)나 마이크로 능동 기구(active micromechanism)가 개발되고 있다.

예를 들면, 본원 발명자등이 1998년 1월 23일자로 출원한 일본국 특원평(特願平) 10-11258호(일본국 특개평 11-48171호 공보, 1999년 2월 23일 출원공개)에 개시한 예에서는, 라이너 코일(liner coil)을 형상 기억 합금으로 이루어지는 예를 들면 3개의 액츄에이터의 외측에 배설한 외골격형의 능동 카테테르가 제안되어, 형상 기억 합금으로 이루어지는 각 액츄에이터에 통전함으로써 능동 카테테르를 굴곡 운동시키고 있다.

또 능동 카테테르의 신축 기구에 대하여 대기압을 이용한 벌룬(ballon)의 팽창 및 수축을 이용한 직경 1cm 정도의 관내 주행 장치(intra-tubular traveling apparatus)가 제안되어, 대장 내시경 유도 장치나 도시 가스 도관(導管)의 관내 검사용 유도 장치 등이 시작(試作)되고 있다(「마이크로메카니즘의 세계(The World of Micro-mechanisms」, 일본 음향학회지(Journal of the Japanese Society of Acoustics) 49권 8호, 1993년, 林輝(T. Hayashi) 등).

또, 측면에 다수의 벌룬을 배치한 신축 기구가 제안되어 있지만, 이것은 벌룬을 팽창시켜 혈관 내벽에 가압하는 동작과 장축 방향의 신축 동작의 반복에 의해 혈관 내를 진행하는 것이다(「Potential of microsystems in medicine」, Minimally Invasive Therapy & Allied Technology, 4：267-275, 1995년, A. E. Guver 등).

그러나, 상기 각 제안에서의 능동 카테테르 등에서는 굴곡 및 신축 운동이 아직 충분하지 않으며 운동의 자유도가 불충분하다. 또 많은 기능을 1개의 카테테르에 탑재하려고 해도 한정된 외경과 충분히 넓은 내강(內腔)이 필요하다는 제한으 로 인하여 탑재할 수 있는 배선(配線) 수에 한계가 있다.

또 예를 들면 수동(手動)으로 카테테르를 조작하여 혈관 등의 분기부를 선택하는 경우에는, 선단부가 J자 형상처럼 구부러진 가이드 와이어나 카테테르를 삽입하여 토크(torque)(비트는 힘)를 손 근처로부터 선단부에 전하여 회전시키는 것이 일반적으로 이루어지고 있지만, 도중에 루프(loop)나 복잡한 주행이 있으면 토크가 선단부에 잘 전달되지 않아 정밀한 회전을 할 수 없게 된다.

또 선단을 목적한 위치로 삽입하기 위해 손 근처로부터 카테테르나 가이드 와이어를 밀어 넣을 때, 도중에 루프나 복잡한 주행이 있으면 카테테르 등에 휘어짐이 발생하기 때문에 손 근처에서 밀어 넣은 길이와 선단부의 이동에 어긋남이 발생하여 선단 위치를 정밀하게 결정할 수 없다. 그리고, 이것을 푸셔빌리티(pushability)의 저하라고 한다.

반대로 당겨서 복귀시키는 경우에는 비교적 정확하게 위치를 결정할 수 있지만, 이 조작을 행하기 위해서는 카테테르나 가이드 와이어를 일단 목적하는 부위를 넘어 밀어 넣어야 하며, 카테테르나 가이드 와이어가 단단하면 토크 전달성이나 푸셔빌리티는 향상되지만 천공(穿孔)의 위험성이 높아지고, 반대로 과도하게 부드러우면 굴곡으로 인하여 아무리 밀어도 앞으로 나가지 않게 된다.

따라서, 본 발명은 이상의 문제점을 감안하여, 단순한 구조이며, 비틀림 회전 운동 기구, 신축 운동 기구, 굴곡 운동 기구 및 경도(硬度) 조절 기구를 가지며, 세경화(細徑化)를 용이하게 할 수 있는 동시에, 다수이며 유연한 배선을 탑재 가능한 능동 세관 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 능동 세관 중 청구항 1에 기재된 발명은, 비틀림 회전 운동 기구부를 구비하는 것이다.

또 청구항 2에 기재된 발명은, 형상 기억 상태 본래의 길이를 변화시킨 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터를 탄성 변형이 가능한 외골격의 내측에서 동심(同心)으로 고정한 신축 운동 기구부를 구비한다.

또 청구항 3에 기재된 발명은, 경도 조절 기구부를 구비한다.

또 청구항 4에 기재된 발명은, 상기 구성에 더하여, 탄성 변형이 가능한 외골격의 내측에 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터를 배설한 굴곡 운동 기구부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 5에 기재된 발명은, 탄성 변형이 가능한 외골격을 가지는 굴곡 운동 기구부와, 비틀림 회전 운동 기구부와, 신축 운동 기구부와, 경도 조절 기구부를 구비하는 것이다.

또 청구항 6에 기재된 발명은, 굴곡 운동 기구부의 탄성 변형이 가능한 외골격이 평선형 라이너 코일(flat wire type liner coil)인 것을 특징으로 한다.

또 청구항 7에 기재된 발명은, 비틀림 회전 운동 기구부가 탄성 변형이 가능한 외골격과, 이 외골격의 내측에서 동심으로 형상 기억 상태 본래의 직경을 변화시켜 고정한 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 8에 기재된 발명은, 경도 조절 기구부가 탄성 변형이 가능한 외골격과, 이 외골격의 내측에서 동심으로 형상 기억 상태 그대로인 채 고정한 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 9에 기재된 발명은, 굴곡 운동 기구부, 비틀림 회전 운동 기구부, 신축 운동 기구부 및 경도 조절 기구부가 각각 양단에 전극 커넥터를 가지는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 10에 기재된 발명은, 탄성 변형이 가능한 외골격이 수지로 이루어진 평선 스프링 구조(flat wire spring structure) 및 절연 피복된 형상 기억 합금으로 이루어진 평선 스프링 구조 중 어느 하나이며 복수의 배선을 탑재한 나선형 기판인 것을 특징으로 한다.

또 청구항 11에 기재된 발명은, 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터가 평선 스프링 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 12에 기재된 발명은, 평선 스프링 구조를 가지는 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터에 히터를 배설하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성의 능동 세관에서는, 자유롭게 굴곡 운동, 비틀림 회전 운동 및 신축 운동을 행하고, 능동 세관의 필요 개소를 자유롭게 경도 조절한다.

또 외골격 및 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터가 평선 스프링형 구조로 형성 가능하므로, 보다 세경으로 다수의 배선을 할 수 있다.

또 발열체인 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터가 표면으로부터 거리를 두고 외골격 구조의 내측에 위치하므로, 예를 들면 인체 내에서 사용이 허용되 는 표면 온도인 41℃로 억제할 수 있다.

또 본 발명의 능동 세관의 제조 방법 중 청구항 13에 기재된 발명은, 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터의 외측에 탄성 변형이 가능한 외골격을 동축에 배설하는 제1 공정과, 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터와 외골격을 고정하는 제2 공정을 구비하는 구성이다.

또 청구항 14에 기재된 발명은, 제1 공정이 로드(rod)에 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터를 덮는(cladding) 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 15에 기재된 발명은, 제1 공정이 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 상에 배설된 로드의 외측에 외골격을 덮는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 16에 기재된 발명은, 제1 공정이 단면이 삼각형상의 파이프형 지그(jig)에 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터를 덮는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 17에 기재된 발명은, 제1 공정이 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터에 1 이상의 리드 선(lead wire)을 전기적으로 접속하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 18에 기재된 발명은, 제2 공정이 접착제로 고정하는 공정인 것을 특징으로 한다.

또 청구항 19에 기재된 발명은, 제1 공정이 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 각각 대응하는 개소에 비절연부를 형성하는 공정을 가지며, 제2 공정이 도금액 중에서 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터와 외골격에 통전(通電)하여 대응하는 비절연부에 금속을 석출(析出)하고 전기적으로 결합하여 고정하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 20에 기재된 발명은, 제1 공정이 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 각각 대응하는 개소에 비절연부를 형성하고, 비절연부에 리드 선을 근접시켜 배치하는 공정을 가지며, 제2 공정이 도금액 중에서 리드 선, 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격에 통전하여 대응하는 비절연부 및 리드 선에 금속을 석출하고 전기적으로 결합하여 고정하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 21에 기재된 발명은, 제1 공정이 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 각각 대응하는 개소에 비절연부를 형성하는 공정을 가지며, 제2 공정이 용액 중에서 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터와 외골격에 통전하여 대응하는 비절연부에 전착(電着)에 의해 절연성 수지를 석출하여 고정하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 22에 기재된 발명은, 제1 공정이 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터에 형성한 비절연부에 전기 도금을 하여 전기 접합부를 형성하는 공정을 가지며, 제2 공정이 용액 중에서 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터와 외골격에 통전하여 전기 접합부와 외골격 전체에 전착에 의해 절연성 수지를 석출하여 고정하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 23에 기재된 발명은, 상기 구성에 더하여, 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격에 비절연부를 형성하고, 도금액 중에서 통전하여 대 응하는 비절연부에 금속을 석출하고 전기적으로 결합하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 24에 기재된 발명은, 제1 공정 및 제2 공정에서, 전기 도금 및 수지의 전착 직전에 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 산화 피막(酸化被膜)을 제거하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 25에 기재된 발명은, 상기 구성에 더하여, 진공 건조에 의해 건조하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또 청구항 26에 기재된 발명은, 제1 공정의 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터를 탄성 변형 가능하게 배설하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 능동 세관의 제조 방법에서는, 외골격형의 능동 세관을 정밀도가 양호하게 제조할 수 있다.

또 전기 도금 또는 수지를 전착하는 공정을 가지는 경우, 접속할 다점에서 동시에 접속할 수 있다.

[실시예]

본 발명의 능동 세관은 탄성 변형이 가능한 외골격이 되는 라이너 코일을 SMA 액츄에이터의 외측에 배설한 외골격형이며, 라이너 코일 및 SMA 액츄에이터를 고정 지지하는 관절로서 기능하는 링크를 가지는 것과 가지지 않는 것이 있다.

본 실시예에서는 주로 세경화를 위해 링크를 가지지 않는 링크레스형을 중심으로 설명하겠지만, 적당하게 링크를 설치할 수도 있다. 그리고, 본 발명의 능동 세관은 전체적으로 부드럽고 외력에 의해 자유롭게 구부러지도록 되어 있어 혈관 등 인체 내에 삽입했을 때 위험이 적다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 이하의 실시예는 능동 세관으로서 능동 카테테르 및 능동 가이드 와이어에 적용한 예이지만, 본 발명은 카테테르뿐 아니라, 서두에서 기재한 각종 기기류나 완구 등에 광범위하게 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 제1 실시예의 능동 카테테르의 일부 투시도이다.

도 1을 참조하면 제1 실시예의 능동 카테테르(1)는 J자 형상의 구부러진 부분에 설치된 굴곡 운동 기구부(A)와, 이 굴곡 운동 기구부(A)와 연결되어 J자 형상으로 구부러지기 시작하는 근본 부분 부근에 설치된 비틀림 회전 운동 기구부(B)와, 이 비틀림 회전 운동 기구부(B)와 연결되어 J자 형상의 직선 부분에 설치된 신축 운동 기구부(C)와, 이 신축 운동 기구부(C)와 연결되어 설치된 경도 조절 기구부(D)와, 이들 기구부(A, B, C 및 D)의 내측에 간극을 형성하여 삽입된 내측 튜브(3)를 구비하고, 전체를 두께가 얇은 실리콘 고무 튜브 등의 외측 튜브(4)로 덮은 것이며, 내측 튜브(3)는 워킹 채널(working channel)이라고 불린다.

굴곡 운동 기구부(A)는 외측 튜브(4) 내벽을 받치도록 배치한 라이너 코일(6)과, 이 라이너 코일(6) 내측에 도전성 접착제(7)로 고정된 치밀하게 감긴 스프링으로 이루어진 코일형 SMA 액츄에이터(8)(도시한 경우에는 3개)를 구비하고, SMA 액츄에이터의 소정 간격을 관절로 하여 복수 설치하고 각 관절에 통전 가열하도록 되어 있지만, 하나의 SMA 액츄에이터를 하나의 관절로서 통전 가열하도록 할 수도 있다. 그리고, 이하 언급하지 않는 한, 라이너 코일은 절연 코팅되어 있고 SMA 액츄에이터는 절연 코팅되어 있지 않은 것을 사용한다.

비틀림 회전 운동 기구부(B)는 외측 튜브(4)를 받치도록 배치한 라이너 코일(6)과, SMA의 형상 기억한 상태보다 약간 큰 직경으로 하여 라이너 코일(6) 내측에 동심으로 적당한 개소가 비도전성 접착제(17)로 고정된 턴과 턴 사이에 거리가 있는 코일 스프링형의 SMA 액츄에이터(12)를 구비하고, 본 실시예에서는 하나의 SMA 액츄에이터를 하나의 관절로서 통전 가열하도록 되어 있다. 물론 소정 간격을 관절로 하여 복수개 설치하고 각 관절에 통전 가열하도록 할 수도 있다.

신축 운동 기구부(C)는 외측 튜브(4)를 받치도록 배치한 라이너 코일(6)과, SMA의 형상 기억한 상태보다 축소하여 동일한 길이의 라이너 코일(6)의 내측에 동심으로 하여 적당한 개소가 비도전성 접착제(17)로 고정된 턴과 턴 사이에 거리가 있는 코일 스프링형의 SMA 액츄에이터(14)를 구비하고, 하나의 SMA 액츄에이터를 하나의 관절로서 통전 가열하도록 되어 있지만, 소정 간격을 관절로 하여 복수개 설치하고 각 관절에 통전 가열하도록 할 수도 있다.

경도 조절 기구부(D)는 외측 튜브(4)를 받치도록 배치한 라이너 코일(6)과, SMA의 형상 기억한 상태 본래의 길이인 채 라이너 코일(6)의 내측에 동심으로 하여 적당한 개소가 비도전성 접착제(17)로 고정된 턴과 턴 사이에 거리가 있는 코일 스프링형의 SMA 액츄에이터(16)를 구비하고, 하나의 SMA 액츄에이터를 하나의 관절로서 통전 가열하도록 되어 있지만, 소정 간격을 관절로 하여 복수개 설치하고 각 관절에 통전 가열하도록 할 수도 있다.

라이너 코일(6)은 SMA 액츄에이터(8, 12, 14)의 통전 가열에 의해 변형되도 록 되어 있고, 각 기구부는 내측 튜브(3)에 고정 개소를 가지고 있을 수도 있다. 그리고, 각 기구부는 도 1에 도시한 예와 같이 연결하지 않을 수도 있으며, 적당하게 최적 순서로 각 기구부의 연결을 결정하면 된다.

이와 같은 구성의 제1 실시예의 능동 카테테르(1)에서는, 도 1에 화살표로 도시한 바와 같이 각 기구부의 관절로의 통전 가열에 의해, 굴곡 운동 기구부(A)는 화살표 a와 같이 3방향으로 굴곡 운동을 행하고, 비틀림 회전 운동 기구부(B)에서는 화살표 b와 같이 비틀림 운동을, 신축 운동 기구부(C)는 화살표 c와 같이 전후 운동을 행하고, 경도 조절 기구부(D)는 단단한 상태와 부드러운 상태 사이를 적당하게 유지한다.

그리고, J자 형상의 구부러진 선단의 내측 튜브(3)의 개구로부터 액체의 주입 또는 흡인을 행하거나 또는 마이크로툴(micro-tool) 등의 출입을 행한다.

따라서, 의료에서는 진단이나 치료 등을, 복잡한 기계나 배관에서는 능동 관상물(tubular instrument)로 검사나 메인티넌스 등을 행할 수 있다.

도 2는 본 발명에 의한 제2 실시예의 능동 가이드 와이어 굴곡 3방향형의 일부 투시도이다.

도 2에 도시한 제2 실시예의 능동 가이드 와이어(20)는 제1 실시예의 능동 카테테르의 내측 튜브가 설치되어 있지 않은 경우이며, 제1 실시예의 능동 카테테르보다 더 세경으로 구성되고, J자 형상의 선단에는 캡(21)이 설치되어 있다. 그리고, 도 2에는 경도 조절 기구부를 도시하지 않지만, 도 1과 같이 신축 운동 기구부(C)와 연결할 수도 있다.

각 라이너 코일(6)은 SMA 액츄에이터(8, 12, 14)의 통전 가열에 의해 변형되도록 되어 있고, SMA 액츄에이터로의 통전을 정지하면 라이너 코일은 원래 상태로 복귀된다. 각 기구부는 분리 독립하여 배치되어 있거나 링크로 연결되어 있을 수도 있다.

이 제2 실시예의 운동은 제1 실시예와 동일하다.

도 3은 제3 실시예의 능동 가이드 와이어 굴곡 1방향형의 일부 투시도이다.

도 3에 도시한 제3 실시예의 능동 가이드 와이어(30)는 굴곡 운동 기구부(A′)가 SMA 액츄에이터(8)를 1개만 가지고 있어 도 3에 도시한 화살표 a′와 같이 1방향의 굴곡만을 행하도록 되어 있으며, 그 외의 운동은 제2 실시예의 능동 가이드 와이어와 동일하다. 그리고, 도 3에는 경도 조절 기구부(D)를 도시하지 않지만 도 1과 같이 신축 운동 기구부(C)와 연결할 수도 있다.

도 4는 제4 실시예의 접속용 와이어를 가지는 능동 가이드 와이어의 일부 투시도이다. 그리고, 도 4에는 경도 조절 기구부(D)를 도시하지 않지만, 도 1과 같이 신축 운동 기구부(C)와 연결할 수도 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제4 실시예의 능동 가이드 와이어(40)는 제1 실시예의 능동 카테테르의 내측 튜브(3) 대신 부드러운 접속용 와이어(42)를 속으로 통과시켜 각각의 굴곡 운동 기구부(A), 비틀림 회전 운동 기구부(B), 신축 운동 기구부(C) 및 경도 조절 기구부(D)의 센터링(centering)을 확실하게 한 것이지만, 능동 카테테르보다 더 세경으로 형성되어 있다. 이 제4 실시예의 운동은 제1 실시예의 능동 카테테르와 동일하다.

도 5는 제5 실시예의 능동 가이드 와이어의 일부 투시도이다. 도 6은 메일(male) 및 피메일(female) 전극 커넥터의 외관도이다. 그리고, 도 5에는 경도 조절 기구부(D)를 도시하지 않지만, 도 1과 같이 신축 운동 기구부(C)와 연결할 수도 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 제5 실시예의 능동 가이드 와이어(50)는 제4 실시예의 능동 가이드 와이어의 각 기구부의 접속을 피메일 전극 커넥터(52)와 메일 전극 커넥터(54)로 행하는 것으로, 각 기구부의 단부(端部)는 이들 피메일 전극 커넥터(52)와 메일 전극 커넥터(54)에 접속되어 통전 가능하게 되어 있다.

이에 따라서, 조립 분해가 자유로운 굴곡 운동 기구부(A), 비틀림 회전 운동 기구부(B), 신축 운동 기구부(C) 및 경도 조절 기구부(D)의 각 모듈 그룹을 제작할 수 있다.

제5 실시예의 접속용 와이어(42) 대신 내측 튜브(3)로 하면 능동 카테테르가 되고, 이와 같은 메일 및 피메일 전극 커넥터를 링 구조로 하여 능동 카테테르 내강을 유지하도록 할 수도 있다.

다음에, 각 운동 기구부를 상세하게 설명한다.

도 7을 참조하면, 굴곡 운동 기구부(70)는 외측 튜브(4) 내벽을 받치도록 배치한 절연 코팅된 라이너 코일(6)과, 이 라이너 코일(6)의 내측에 도전성 접착제(72)에 의해 전기적으로 접촉하여 고정되는 동시에, 적당한 개소가 비도전성 접착제(17)로 고정된 치밀하게 감긴 스프링으로 이루어진 코일형 SMA 액츄에이터(8)(도시한 경우는 3개)를 구비하며, 내측 튜브(3)가 중심축으로 배설되어 있다.

또한 SMA 액츄에이터(8)의 소정 간격을 관절로 하여 복수 설치하고 각 관절에 통전 가열하도록 되어 있다. 그리고, 도 7에서 도면 부호 74는 SMA 액츄에이터(8)에 통전하는 리드 선을 나타내며 라이너 코일(6) 및 SMA 액츄에이터(8)에 도전성 접착제(72)에 의해 전기적으로 접촉하여 고정되어 있다.

또 도면 부호 76은 비도전성 접착제, 77은 조립용 금속 로드, 78은 링크가 되는 지지 부재(holder)를 나타낸다. 이들은 링크로서 남긴 것이며, 조립시에는 필요하지만 굴곡 운동 기구부로서는 없어도 된다. 내측 튜브(73)가 없는 경우 및 내측 튜브(3) 대신 접속용 와이어를 설치한 경우에는 능동 가이드 와이어의 굴곡 운동 기구부가 된다.

도 8은 리드 선의 접속 개소를 도시한 상세도이다. 도 9는 실제의 회로도 (A)와 등가 회로 (B)를 도시한 도면이다. 그리고 도면에서 SMA 액츄에이터는 편의상 1개만을 기재하였다.

도 8에 도시한 바와 같이, 라이너 코일(6)의 절연 코팅을 제거한 부분(82, 82)을 SMA 액츄에이터(8)와 전기적으로 접촉시켜 도전성 접착제(72)로 고정하고, 라이너 코일(6)의 절연 코팅을 제거하지 않고 SMA 액츄에이터(8)를 고정하는 개소(83)에 리드 선(74)이 SMA 액츄에이터(8)와 전기적으로 접속하여 고정되어 있고, 라이너 코일(6)은 접지되어 있다.

도 9에 도시한 예에서는 예를 들면 제1 관절(92), 제2 관절(94) 및 제3 관절 (96)이 형성되고, 전류는 저항치에 따라 분할되기 때문에, 양측의 제1 관절(92) 및 제3 관절(96)에 전류를 흘려도 구동시키고 싶지 않은 제2 관절(94)에는 무시할 수 있을 정도의 약간의 전류밖에 흐르지 않는다. 따라서, 도 9 (B)에 도시한 바와 같이 스위치(98)를 오프로 하여 제2 관절(94)에 통전시키지 않고, 스위치(97)와 스위치(99)를 온으로 하여 제1 관절(92)과 제3 관절(96)을 통전 가열하여 수축시킬 수 있다.

그리고, 도 5 및 도 6에서 도시한 메일 및 피메일 전극 커넥터를 이용하는 경우에는, 접지한 라이너 코일을 공통의 단자가 되도록 형성하고, 다른 단자는 각 관절에 대응시켜 하나의 전기 회로를 형성하도록 할 필요가 있다.

여기에서, SMA 액츄에이터는 예를 들면 외경이 ø 250㎛, 소선(coil wire) 직경이 50㎛이다. 또 라이너 코일은 스테인레스 스틸로 이루어진 것으로, 예를 들면 열 경화형 아크릴 수지가 전착으로 절연 코팅되어 있고, 외경이 ø 1.1∼1.3mm, 소선 직경이 ø 100㎛ 정도이고, 소선 직경을 더 가늘게 하는 경우, 왕수(王水)로 에칭하면 ø 80㎛ 정도의 것이 용이하게 얻어진다.

SMA 액츄에이터나 라이너 코일을 고정하는 지지 부재는 예를 들면 폴리이미드로 이루어진 ø 0.4∼0.5mm 정도의 튜브를 사용하면 된다.

조립용 금속 로드는 ø 0.3mm, 도전성 접착제는 은계 필러(silver filler)를 혼입한 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 부재로 제작한 링크레스 외골격형의 내측 튜브가 없는 능동 가이드 와이어에서는, 외경 1.3mm, 외측 튜브를 붙이면 외경 1.4mm의 다자유도(multi- degree-of-freedom), 다관절의 운동 기구부가 생긴다.

또 도 10에 도시한 바와 같이, 라이너 코일로 길이 방향의 강성을 강하게 하면서 굴곡되는 직각 방향으로의 운동을 용이하게 하기 위해 직각 방향의 강성을 약한 채로 있게 한 평선형 라이너 코일(10)을 이용할 수도 있다.

이와 같은 구성의 굴곡 운동 기구부에서는, 도 1∼도 5에 도시한 바와 같이 각 관절에 통전 가열함으로써, SMA 액츄에이터의 배설 수에 따라 각 방향으로 굴곡 운동을 할 수 있다.

다음에, 비틀림 회전 운동 기구부에 대하여 설명한다.

도 11은 비틀림 회전 기구를 도시한 도면이며, (A)는 형상 기억한 SMA 액츄에이터를 도시하고, (B)는 SMA 액츄에이터를 비틀림 회전시켜 형상 기억된 상태보다 약간 큰 직경으로 한 SMA 액츄에이터를 도시하고, (C)는 비틀림 회전 운동 기구부의 외관도이다.

도 11 (C)에 도시한 비틀림 회전 운동 기구부(110)는 능동 가이드 와이어용이며, 도 2에서 도시한 외측 튜브(4)와 접속용 와이어(42) 및 고분자로 이루어진 고정용 튜브(112)에 장착하는 캡(21) 등을 생략하고 있다. 고정용 튜브(112) 대신 도 1에 도시한 내측 튜브(3)를 사용하면 직경은 상이하지만 능동 카테테르가 형성된다. 이하, 능동 가이드 와이어를 중심으로 하여 설명한다.

도 11을 참조하면, 비틀림 회전 운동 기구부(110)는 형상 기억한 상태로부터 약간 직경을 크게 하여 비틀림 회전시킨 SMA 액츄에이터(12)가 라이너 코일(6)의 내측에 동심으로 비도전성 접착제(17)에 의해 적당한 개소가 고정되어 있고, SMA 액츄에이터(12) 및 라이너 코일(6)의 양단부는 고정용 튜브(112, 112)에서 비도전성 접착제(17)로 고정되어 있다.

또 SMA 액츄에이터(12)의 양단부는 리드 선(113)에 접속되며 하나의 관절로서 통전 가열되도록 되어 있다.

라이너 코일(6)을 공통의 접지로 사용하는 경우에는, 고정용 튜브(112)에서 SMA 액츄에이터와 라이너 코일을 전기적으로 접속하고, 타단의 SMA 액츄에이터를 리드 선으로 접속하여 통전 가열하도록 할 수도 있다.

비틀림 회전 운동 기구부의 비틀림 각도는 SMA 액츄에이터의 피치와 라이너 코일의 피치의 피치 비(比) 및 SMA 액츄에이터의 소선 직경과 라이너 코일의 소선 직경의 비에 관계하는 것으로, SMA 액츄에이터의 비율이 높을수록 얻어지는 최대 비틀림 각도는 커진다. 따라서, 비틀림 각도는 상기 피치 비에 의해 최적 설계가 가능하다.

선단 및 후단의 고정용 튜브는 ø 0.89∼1.47mm의 폴리우레탄 튜브, SMA 액츄에이터는 외경 ø 1.6∼1.8mm이고 피치가 0.8mm, 소선 직경이 ø 100㎛이다. 라이너 코일은 스테인레스 스틸로 이루어진 것으로 ø 3.1∼3.3mm, 소선 직경이 250㎛, 길이가 23.3mm, 피치가 약 2.0mm이고, 왕수로 에칭 처리를 하고 있다. 비도전성 접착제는 10분 경화형의 아랄다이트이다.

구동 전류를 작게 하기 위해서는 SMA 액츄에이터를 작게 하면 된다. 예를 들면 SMA 액츄에이터의 외경을 ø 0.3∼0.4mm, 소선 직경을 ø 100㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 라이너 코일은 ø 1.3∼1.5mm, 선단 및 후단의 고정용 튜브는 ø 0.3∼0.4mm 정도로 한다. 또 내열성이 높은 아랄다이트 등의 비도전성 접착제를 사용한다.

도 6에서 도시한 메일 및 피메일 전극 커넥터를 사용하는 경우, SMA 액츄에이터 및 라이너 코일을 고정하는 링크가 되는 전극 커넥터의 단자 한 쪽을 라이너 코일의 접지용으로 하고, 단자의 다른 쪽을 SMA 액츄에이터의 타단에 통전하는 단자로 형성하면 된다. 또 라이너 코일을 접지하지 않는 경우, SMA 액츄에이터를 고정하고 통전하도록 배선한 전극 커넥터를 형성하면 된다.

이와 같은 능동 가이드 와이어(120)의 비틀림 회전 운동 기구부(110)에서는 도 1∼도 3 및 도 12의 화살표로 나타낸 바와 같이, SMA 액츄에이터에 통전 가열하면 원래의 기억 형상으로 되돌아가려고 하여 비틀림 회전하고, 도중에 루프나 복잡한 주행이 있는, 예를 들면 혈관(122) 내에서도 정밀하게 회전한다. 또, 전류를 차단하면 라이너 코일이 바이어스 스프링으로서 작용하여 원래의 각도로 되돌아온다.

따라서, 본 실시예의 능동 가이드 와이어는 선단부에 토크를 발생시켜 정밀한 회전을 할 수 있다.

다음에 신축 운동 기구부에 대하여 설명한다.

도 13은 신축 운동 기구부를 도시하는 도면이며, (A)는 형상 기억한 SMA 액츄에이터를, (B)는 SMA 액츄에이터를 축소한 상태를 도시하고, 또 (C)는 신축 운동 기구부의 외관도이다.

신축 운동 기구를 형성하는 경우, SMA 액츄에이터를 늘이거나 또는 눌러 축 소하고, 가열에 의한 신장 또는 수축 후에 원래의 형상으로 되돌아오는 라이너 코일과 같은 바이어스 기구를 동심원 상에 조합하면 신축 기구가 된다. 축소하는 운동은 능동 카테테르 또는 능동 가이드 와이어를 혈관 등에 삽입한 후 수동으로 손 근처로부터 당겨 충분히 정확한 위치 결정을 할 수 있기 때문에, 능동 카테테르 또는 능동 가이드 와이어로는 필요시에만 전류를 흘려 신장되는 타입이 바람직하다.

도 13을 참조하면, 신축 운동 기구부(130)는 형상 기억한 상태로부터 축소한 SMA 액츄에이터(14)가 라이너 코일(6)의 내측에 동심으로 비도전성 접착제(17)에 의해 적당한 개소가 고정되어 있고, SMA 액츄에이터(14) 및 라이너 코일(6)의 양단부는 고정용 튜브(112, 112)에서 비도전성 접착제(17)로 고정되어 있다. 그리고, SMA 액츄에이터를 축소한 상태에서 라이너 코일에 고정되어 있는 점 이외는 비틀림 회전 운동 기구부와 동일한 구성이다.

이와 같은 능동 가이드 와이어(120)의 신축 운동 기구부(130)에서는 도 1∼도 3 및 도 14의 화살표로 나타낸 바와 같이, SMA 액츄에이터(14)에 통전 가열하면 신축 운동 기구부(130)는 원래의 기억 형상으로 되돌아오려고 신장되고, 전류를 차단하면 라이너 코일이 바이어스 스프링(biasing spring)으로 작용하여 원래의 길이로 되돌아온다.

따라서, 본 실시예의 능동 가이드 와이어는 삽입한 혈관(122) 등의 도중에 루프나 복잡한 주행이 있어도 정밀한 선단 위치 결정을 할 수 있다.

다음에, 경도 조절 기구부에 대하여 설명한다.

도 15를 참조하면, 경도 조절 기구부(150)는 본래 상태에서 형상 기억된 SMA 액츄에이터(16)가 라이너 코일(6) 내측에 동심으로 비도전성 접착제(17)에 의해 적당한 개소가 고정되어 있고, SMA 액츄에이터(16) 및 라이너 코일(6)의 양단부는 고정용 튜브(112, 112)에서 비도전성 접착제(17)로 고정되어 있다. 그리고, SMA 액츄에이터(16)를 본래 상태에서 라이너 코일에 고정하고 있는 점 이외는 비틀림 회전 운동 기구부나 신축 운동 기구부와 동일한 구성이다.

이와 같은 구성의 경도 조절 기구부(150)에서는 도 16 (A)에 도시한 바와 같이, 혈관(122) 등에 삽입한 능동 가이드 와이어(120)의 SMA 액츄에이터(16)에 통전 가열하면 변형되지 않지만, 스프링 상수가 커지고 더 단단하게 변형되기 어려워진다. 또 SMA 액츄에이터(16)에 통전하지 않는 경우에는 도 16 (B)에 도시한 바와 같이 부드럽게 외력에 의해 용이하게 자유롭게 구부러진다.

따라서, 본 실시예에서는 SMA 액츄에이터(16)에 흐르는 전류량을 변화시켜 능동 카테테르 또는 능동 가이드 와이어의 경도를 조절할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 능동 세관은 원래 외력에 의해 자유롭게 구부러지는 부드러운 것이지만, 본 실시예의 경도 조절 기구에 의해 필요한 부분의 경도를 체외(體外)로부터 자유롭게 제어할 수 있게 된다.

다음에, 전술한 비틀림 회전 운동 기구부, 신축 운동 기구부 및 경도 조절 기구부의 조립 공정을 설명한다.

각 기구부는 라이너 코일을 외측에 설치한 외골격형이며, 그 제조 공정은 SMA 액츄에이터를 라이너 코일에 그대로 고정하거나 신축시키거나 하여 고정하거나의 차이이다.

이하, 능동 가이드 와이어의 비틀림 회전 운동 기구부를 예로 들어 조립 공정을 설명한다.

도 17 및 도 18은 외골격형 능동 가이드 와이어의 조립 공정을 도시한 공정도이다. 그리고, 도 17 및 도 18에서 각 공정도와 아울러 중심부의 개략적인 단면도를 우측에 도시하였다.

먼저 도 17 (A)에 도시한 바와 같이 조립형 실리콘 고무 튜브(171)에 고정용 튜브(112)를 삽입하고 양단으로부터 지지 부재(78, 78)를 삽입한다. 능동 가이드 와이어의 경우에는 조립용 실리콘 고무 튜브가 내측 튜브가 되고, 센터링을 하는 접속용 와이어를 가지는 능동 가이드 와이어의 경우에는 조립용 실리콘 고무 튜브 대신 부드러운 접속용 와이어를 사용한다.

그리고 도 17 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 조립용 금속 로드(173)를 예를 들면 3개, 지지 부재(78, 78)에 비도전성 접착제(17)로 고정하고, 그 후 도 17 (C)에 도시한 바와 같이 SMA 액츄에이터(176)를 덮는다.

여기에서의 조립 공정에서 사용한 지지 부재 및 금속 로드 대신, 예를 들면 도 19에 도시한 바와 같은 조립 지그(jig)를 사용할 수도 있다. 예를 들면 단면이 원형이나 삼각형인 파이프의 측면에 3개의 홈이나 요부를 만들고 금속 로드나 SMA 액츄에이터를 용이하게 위치 결정하거나, 또 단면에 홈이나 요부가 있는 튜브를 사용하여 접착제가 조립 지그에 부착되지 않도록 한다. 그리고, 재질로는 혹시 접착 제가 붙어도 잘 접착되지 않으며 또한 가늘게 가공하는 것이 가능한 테프론 수지가 적당하다.

다음에, 도 17 (D)에 도시한 바와 같이, 제2 조립용 금속 로드(175)를 예를 들면 3개, 지지 부재 상의 제1 조립용 금속 로드(175)에 비도전성 접착제(17)로 고정하고, 도 17 (E)에 도시한 바와 같이 SMA 액츄에이터(176)의 양단에 리드 선(113, 113)을 전기적으로 접속한 후 라이너 코일(6)을 덮고 적당한 개소를 비도전성 접착제(17)로 고정한다. 그리고, 라이너 코일을 전기 회로의 접지로 사용하는 경우에는, SMA 액츄에이터와 라이너 코일의 일단을 전기적으로 접속하게 된다.

또한 도 17 (F)에 도시한 바와 같이, 제1 금속 로드(173) 및 제2 금속 로드(175)의 양단을 예를 들면 YAG 레이저 등을 사용하여 절단한다. 절단한 제1 및 제2 금속 로드를 빼내고 조립용 실리콘 고무 튜브(171)와 한 쪽의 지지 부재(78)를 제거하고 외측 튜브를 덮어 완성한다.

본 조립 공정은 SMA 액츄에이터 및 라이너 코일이 하나의 단위인 경우를 설명하였지만, 복수의 단위를 연결하여 조립하는 경우에도 동일한 공정으로 할 수 있다.

또 링크가 되는 지지 부재로 원형의 전극 커넥터를 사용할 수도 있다. 이 경우, 각 기구부를 하나의 단위로 하여 조립하는 것이 바람직하다.

전극 커넥터를 사용한 경우, 각각의 기구부를 모듈화하여 자유롭게 접속 및 분해할 수 있다.

따라서, 각각의 모듈이 굴곡, 비틀림 회전, 신축 운동 등의 각종 능동 기구 나 초음파 센서, 화학 센서 등 독자의 기능을 가지며, 예를 들면 후자는 수술실에서 필요한 모듈을 자유롭게 조합하여 다기능 카테테르를 조립하여 사용할 수 있게 된다.

다음에 전기 도금이나 수지의 전착을 이용한 조립 공정에 대하여 설명한다. 이와 같은 조립 공정에서는, 보다 세경의, 예를 들면 외경 1.3mm의 SMA 액츄에이터가 사용 가능하다.

이 조립 공정은 전술한 접착제로 고정하는 방법 대신, 전기 도금이나 전착에 의한 수지의 석출 등으로 고정하는 것이며 그 외는 동일한 공정이다.

본 조립 공정의 예로 전술한 굴곡 운동 기구부의 경우를 도시하지만, 턴 사이가 치밀한 코일 스프링 형태의 SMA 액츄에이터 대신, 턴과 턴 사이에 거리가 있는 코일 스프링 형태의 SMA 액츄에이터를 사용한 비틀림 회전 운동 기구부나 신축 운동 기구부 등에서도 동일하게 가능하다.

도 20은 전기 도금에 의한 능동 세관의 조립 공정의 주요부를 도시한 도면이며, (A)는 전기 도금 전, (B)는 전기 도금 후를 도시한 도면이다.

먼저 미리, 표면이 절연 코팅된 SMA 액츄에이터(202) 및 라이너 코일(6)의 절연 피막을 YAG 레이저 등으로 일부 박리하여 각각에 비절연부(204, 208)를 형성해 둔다. YAG 레이저에서는 조건을 최적화하면 직경 수십 ㎚ 정도의 크기만큼 절연 피막을 제거할 수 있다.

그리고, SMA 액츄에이터 등에 절연 피막을 형성하는 경우에는, 예를 들면 파릴렌(parylene) 증착이나 열 경화형 또는 자외선 경화형의 아크릴 수지를 전착에 의해 피복하는 것이 바람직하다.

다음에, 예를 들면 도 19 (A)에서 도시한 지그를 사용하여 SMA 액츄에이터(202)와 라이너 코일(6)을 배치하고, 도 20 (A)에 도시한 바와 같이 라이너 코일(6)의 비절연부(208)와 SMA 액츄에이터(202)의 비절연부(204)를 근접시킨다. 라이너 코일(6), SMA 액츄에이터(202) 및 전극(203)을 도시한 바와 같이 접속하고, 전체를 도금액(200) 중에 침지(浸漬)한다. 그리고, 도금액(200) 중에서 라이너 코일(6)과 SMA 액츄에이터(202)에 통전한다.

그리고 도 20 (B)에 도시한 바와 같이, 전기 도금에 의해 예를 들면 니켈 등의 결합 금속(209)이 석출되고, 라이너 코일(6)과 SMA 액츄에이터(202)를 전기적으로 접속 및 고정한다. 그리고, 도 20에서 도면 부호 201은 전기 도금하기 위한 전원을, 206은 SMA 액츄에이터(202)의 절연부를, 207은 라이너 코일(6)의 절연부를 나타낸다.

도 21은 리드 선을 포함하여 전기 도금하는 능동 세관의 조립 공정의 주요부를 도시한 도면이며, (A)는 전기 도금 전, (B)는 전기 도금 후를 도시한 도면이다.

도 21에 도시한 바와 같이, 리드 선(201)을 포함하여 전기 도금으로 고정하는 경우, 리드 선(210)의 절연 피막을 제거하고 라이너 코일(6), SMA 액츄에이터(202) 및 리드 선(210)의 각 비절연부(208, 204, 213)를 근접시켜 배치한다. 라이너 코일(6), SMA 액츄에이터(202), 리드 선(210) 및 전극(203)을 도시한 바와 같이 접속하고 전체를 도금액(200) 중에 침지한다. 그리고, 도금액(200) 중에서 라이너 코일(6)과 SMA 액츄에이터(202)와 리드 선(210)에 통전한다.

그리고, 도 21 (B)에 도시한 바와 같이, 예를 들면 니켈 등의 결합 금속(209)이 라이너 코일(6), SMA 액츄에이터(202) 및 리드 선(210)을 전기적으로 접속 및 고정하고 전기 도금에 의해 석출된다.

도 22는 절연성 수지로 라이너 코일과 SMA 액츄에이터를 고정하는 능동 세관의 조립 공정의 주요부를 도시한 도면이며, (A)는 전착 전, (B)는 전착 후를 도시한 도면이다.

도 17 및 도 18에서 도시한 조립 공정에서는 라이너 코일과 SMA 액츄에이터를 비도전성 접착제로 적당한 개소를 고정하고 있지만, 본 조립 공정에서는 비도전성 접착제 대신 전기 도금과 동일하도록 절연성 수지를 전착에 의해 석출·침착(沈着)시켜 고정한다.

기본적으로 도 20에 도시한 공정과 동일하지만, 도 22에 도시한 예에서는 도금액 대신 아크릴 수지 등의 용액 중에서 통전하고 절연물(220)을 석출·침착한다. 즉, 라이너 코일(6), SMA 액츄에이터(202) 및 전극(203)을 도시한 바와 같이 접속하고, 전체를 용액(200′) 중에 침지한다. 그리고, 라이너 코일(6)과 SMA 액츄에이터(202)에 용액(200′) 중에서 통전한다.

그리고 도 22 (B)에 도시한 바와 같이 전착에 의해 절연물(220)을 석출·침착시키고 라이너 코일(6)과 SMA 액츄에이터(202)를 고정한다.

또한, 예를 들면 리드 선과 SMA 액츄에이터를 전기적으로 접속하고 라이너 코일과는 절연된 상태에서 접속하는 경우에는, 도금액 중에서 리드 선과 SMA 액츄에이터에 통전하여 결합 금속을 석출하고, 그 후 수지 용액 중에서 리드 선과 라이 너 코일에 통전하여 절연물을 석출·침착한다.

이와 같은 전기 도금이나 수지의 전착에 의한 조립 공정에 의해 접착제를 사용할 필요가 없어지므로 조립의 불확정 요소나 수작업(手作業)을 없앨 수 있다.

또, 다점의 절연 피막을 제거한 상태에서 동시에 통전함으로써, 다점에서 동시에 금속이나 절연성 수지의 석출·침착을 행할 수 있으므로, 생산성이 향상되고 저코스트가 가능하게 된다.

다음에, 금속의 전기 도금이나 수지의 전착을 이용한 비틀림 회전 기구 제작 프로세스를 상세하게 설명한다.

도 23 및 도 24는 전기 도금과 수지의 전착을 이용한 능동 세관의 주요 조립 공정을 도시한다.

예를 들면 비틀림 회전 운동 기구부(B)를 수지의 전착과 전기 도금으로 조립하는 경우, 먼저 도 23 (A)와 같이 3개의 금속 로드(221)를 열 수축성 튜브(222) 내에 삽입한다.

다음에, 도 23 (B)에서 열 수축성 튜브(222)를 가열하고, 금속 로드(221)의 단부에 가열 경화형 도전성 접착제(223)를 도포하여 이것을 가열 경화시킨다(도 23 (C)). 그후, 도 23 (D)에서 열 수축성 튜브를 제거하고 전체면에 절연막(일렉트로 코팅)(224)을 전착, 경화시킨다.

다음에, 도 23 (E)에서 미리 절연 피막을 형성한 SMA 액츄에이터(202)를 조립 지그에 감고, 한 쪽 실리콘 고무 튜브(226)를 설치하고(도 23 (F)), 또 다른 쪽 실리콘 고무 튜브(226)와 라이너 코일(6)을 설치한다(도 23 (G)).

다음에, 도 24 (A)와 같이 라이너 코일(6)을 이동시키고 YAG 레이저로 SMA 액츄에이터(202) 상의 절연 피막을 일부 제거한다.

또, 도 24 (B)에서 니켈 전기 도금 직전에 불산 용액에 침지하여 SMA 액츄에이터(202)의 산화 피막을 제거하고, 니켈 전기 도금을 행하여 전기 접합부(225)를 형성한다.

다음에, 도 24 (C)에서 전기 접합부(225) 및 라이너 코일(6)에 아크릴 수지제(일렉트로 코팅)(227)를 전착한다. 일렉트로 코팅으로서의 아크릴 수지의 피복은 라이너 코일(6) 전체에 실시된다.

이어서, 도 24 (D)에서, 아크릴 수지제(일렉트로 코팅)(227)를 진공 장치로 예비 건조(탈수)하고 자외선 조사에 의해 아크릴 수지의 중합 경화를 행한다.

그리고, 도 24 (E)에서 조립용 금속 로드(221)를 제거한다.

다음에, 도 24 (F)에서 YAG 레이저로 SMA 액츄에이터(202) 상 및 라이너 코일(6) 상의 절연 피막을 일부 제거한다.

그후, 도 24 (G)에서 니켈 전기 도금 직전에 불산 용액에 침지하여 SMA 액츄에이터(202)의 산화 피막을 제거하고, 니켈 전기 도금(229)을 행한다.

다음에, 도 24 (H)에서 선단부를 절단하여 소정 길이로 만든다. 이 예와 같이 접착제를 사용하지 않고 전착을 이용하여 SMA 액츄에이터(202)와 라이너 코일(6)을 고정할 수 있다.

상기 공정에서 사용하는 SMA 액츄에이터는 미리 아크릴 수지가 석출·침착되어 있다. 이 경우, 도 25 (A)와 같이 전극과 접속된 SMA 액츄에이터를 용액 중에 침지한다.

또, 도 24 (B) 및 (C)의 공정에서 SMA 액츄에이터에 도금하고 라이너 코일에 석출·침착하는 경우, 도 25 (B) 및 (C)와 같이 SMA 액츄에이터 또는 라이너 코일을 전극과 접속한다.

이와 같은 전기 도금이나 수지의 전착에 의한 조립 공정에 의해 접착제를 사용할 필요가 없어지고 다수에 걸친 SMA 액츄에이터와 라이너 코일의 접속부를 동시에 접속할 수 있어 조립의 불확정 요소나 수작업을 없앨 수 있다.

또 접속부를 미소화(微小化)할 수 있으므로 접착제 도포에 의한 조립에서는 불가능했던 직경 0.5mm 이하의 능동 가이드 와이어를 제작할 수 있다.

다음에, 제6 실시예를 설명한다.

도 26은 제6 실시예의 투시도이다. 이 제6 실시예는 능동 카테테르와 같은 튜브 구조 중에 다수이며 유연한 배선을 탑재하는 것이 가능하게 하는 것이다.

도 26을 참조하면, 제6 실시예는 두께가 얇은 실리콘 고무 튜브의 외측 튜브(4)와 내측 튜브(도시하지 않음) 사이에 고분자성(高分子性) 평선 스프링 구조를 배선 기판으로 한 나선형 기판(235)을 배설한 것이며, 선단에는 예를 들면 전자 스캔형(electrical scanning) 관내 초음파 내시경 등의 센서(231)가 설치되어 있다. 나선형 기판(235)에는 금속 배선(233)이 복수 배치되어 있다.

이와 같은 구성에 의해 튜브 구조에 다수이며 유연한 배선을 탑재할 수 있고, 또 배선에 스트레스가 집중되지 않으므로 배선 자체를 보다 미세화할 수 있다.

또 나선형 기판에 절연층과 금속 패턴에 의한 다층 구조를 제작하면 쉴드 선(shield wire)이나 동축 케이블(coaxial cable)과 동등한 성능을 가지는 배선으로 만들 수 있다.

도 27에 도시한 바와 같이, 나선형 기판(235)은 평선 스프링으로서 기능하므로, 전술한 골격 구조가 되는 라이너 코일 대신, SMA 액츄에이터(237)와 적당하게 고정하여 사용하면 능동 카테테르 및 능동 가이드 와이어를 형성한다.

이와 같은 구성에 의해 유연성을 유지하면서 내강을 가장 넓게 확보할 수 있다.

또, 2종류의 예를 들면 두께가 얇은 실리콘 고무 튜브 사이에 전술한 라이너 코일과 동일한 골격 구조가 되는 나선형 기판을 배설하고, 그 내측에 평선 스프링 구조로 형성한 SMA 액츄에이터를 배설할 수도 있다.

또 절연 피복한 평선 스프링 구조의 SMA 액츄에이터 표면에 이 SMA를 간접적으로 가열하는 히터를 배설할 수도 있다. 또 절연 피복한 평선 스프링 구조의 SMA 액츄에이터에 전기 배선이나 센서 등을 설치할 수도 있다.

그리고, 상기 실시예에서 설명한 구체적인 수치 예 등은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 필요에 따라 적당하게 변경 가능하다.

또 조립 공정에서 금속 로드를 사용하였지만, 금속이 아니어도 어느 정도 강성(剛性)을 가지는 것이면 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 능동 세관에서는 단순한 구조이고, 비틀 림 회전 운동, 신축 운동, 굴곡 운동 및 경도를 조절할 수 있으며, 또 세경화를 용이하게 할 수 있는 동시에, 다수이며 유연한 배선을 탑재 가능하다는 효과를 가진다.

또 본 발명의 능동 세관의 제조 방법에서는 외골격형의 능동 세관을 정밀도가 양호하게 제조할 수 있고, 또 전기 도금 또는 수지를 전착하는 공정을 가지는 경우 접속할 다점에서 동시에 접속할 수 있다는 효과를 가진다.

또 발열체인 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터가 표면으로부터 거리를 두고 외골격 구조의 내측에 위치하므로, 예를 들면 인체 내에서 사용이 허용되는 표면 온도(41℃)로 억제할 수 있다는 효과를 가진다.

Claims

유연한 관체 및 상기 유연한 관체를 선택적으로 굴곡시키는 수단을 가지는 능동 세관(active slender tube)으로서,

상기 관체에 길이방향으로 결합하는 복수의 턴(turns)을 가지며 탄성 변형가능한 골격 구조를 형성하기 위한 라이너 코일(liner coil),

형상 기억 재질로 이루어지고 상기 라이너 코일의 연장 방향에 대응하는 방향으로 상기 유연한 관체를 따라 연장되는 코일 스프링에 의하여 형성되는 액츄에이터 기구(actuator mechanism),

상기 액츄에이터 기구를 상기 라이너 코일의 선택된 턴과 연결시키는 수단, 및

상기 형상 기억 재질을 가열하여 상기 유연한 관체에 원하는 굴곡을 부여하도록 상기 액츄에이터 기구에 전류를 통하는 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 세관.
제1항에 있어서,

상기 액츄에이터 기구는 상기 유연한 관체의 중심축에 평행하게 연장되는 형상 기억 재질로 이루어지고 하나 이상의 스프링을 포함하며 상기 라이너 코일의 복수의 개소에 고정되는 굴곡 액츄에이터 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 세관.
제1항에 있어서,

상기 액츄에이터 기구는 형상 기억 재질로 이루어진 상기 코일 스프링이 동심으로 배치되는 비틀림 회전 기구를 포함하고, 상기 코일 스프링은 상기 라이너 코일에 부착되는 모든 코일 스프링 턴보다 작은, 인접하는 턴 사이에 간극을 가지며 선택된 위치에서 라이너 코일에 고정되는 것을 특징으로 하는 능동 세관.
제1항에 있어서,

상기 액츄에이터 기구는 형상 기억 재질로 이루어진 상기 코일 스프링이 상기 라이너 코일의 턴 내에 동심으로 배치되는 신축 기구, 및 원래의 길이로 팽창하도록 하나의 코일 스프링 부분을 가열하기 위한 수단을 포함하며,

상기 코일 스프링은 인접하는 턴 사이에 간극을 가지고 모든 선택된 위치에서 라이너 코일에 고정되고,

상기 코일 스프링은, 상기 라이너 코일에 고정될 때, 상기 관체의 영향을 받은 길이에 대응하는 길이로 미리 압축되는 것을 특징으로 하는 능동 세관.
제1항에 있어서,

상기 액츄에이터 기구는 형상 기억 재질로 이루어진 상기 코일 스프링이 상기 라이너 코일의 턴 내에 동심으로 배치되는 경도 조절 액츄에이터 기구, 및 경화를 실행하도록 하나 이상의 코일 부분을 가열하는 수단을 포함하며,

상기 코일 스프링은 인접하는 턴 사이에 간극을 가지며 선택된 위치에서 상기 라이너 코일에 고정되는 것을 특징으로 하는 능동 세관.
제5항에 있어서,

상기 경도 조절 기구는 탄성 변형가능한 골격 구조체 및 상기 탄성 변형가능한 골격 구조체의 내부에 배치되고 그들과 동축으로 그에 고정되는 경도 조절 액츄에이터를 포함하며,

상기 경도 조절 액츄에이터는 형상 기억 합금(SMA)으로 이루어지고 본래의 형상 기억 상태의 상기 SMA로 이루어진 액츄에이터의 길이로 상기 탄성 변형가능한 골격 구조체에 고정되는 것을 특징으로 하는 능동 세관.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 굴곡 액츄에이터 기구, 상기 비틀림 회전 기구, 상기 신축 기구, 및 상기 경도 조절 기구의 각각은 양단부 각각에 전극 커넥터를 가지는 것을 특징으로 하는 능동 세관.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유연한 관체는 한 쌍의 동심으로 이격된 내측 및 외측 유연한 관부재를 포함하고, 상기 라이너 코일 및 상기 액츄에이터 기구는 상기 내측 및 외측 유연한 관부재 중간에 배치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 능동 세관.
제1항에 있어서,

상기 탄성 변형가능한 골격 구조체는 평평한 와이어 라이너 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 세관.
제1항에 있어서,

상기 비틀림 회전 기구는 탄성 변형가능한 골격 구조체 및 상기 골격 구조체의 내부에 배치되고 그들과 동축으로 그에 고정되는 비틀림 회전 기구를 포함하며,

상기 비틀림 회전 기구는 형상 기억 합금(SMA)로 이루어지고 그 본래의 형상 기억 상태의 상기 SMA로 이루어진 액츄에이터의 직경으로부터 비틀림 변화되는 직경을 가지도록 변형시에 상기 탄성 변형가능한 구조체에 고정되는 것을 특징으로 하는 능동 세관.
제1항에 있어서,

상기 탄성 변형가능한 골격 구조체는 플라스틱으로 이루어진 평평한 와이어의 스프링 구조체 및 절연 피막된 초탄성 합금으로 이루어진 평평한 와이어의 스프링 구조체 중 하나에 통합되는 복수의 배선을 가지는 나선 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 세관.
제1항에 있어서,

상기 SMA로 이루어지는 액츄에이터는 평평한 와이어 스프링 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 능동 세관.
형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터의 외측에 탄성 변형이 가능한 외골격을 동축(同軸)에 배설하는 제1 공정과,

상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터와 상기 외골격을 고정하는 제2 공정

을 구비하는 능동 세관의 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 제1 공정이 로드(rod)에 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터를 덮는(cladding) 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 제1 공정이 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 상에 배설된 로드의 외측에 상기 외골격을 덮는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 제1 공정이 단면이 삼각형상의 파이프형 지그(jig)에 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터를 덮는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 공정이 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터에 1 이상의 리드 선(lead wire)을 전기적으로 접속하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 공정이 접착제로 고정하는 공정인 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 공정이 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 각각 대응하는 개소에 비절연부를 형성하는 공정을 가지며, 상기 제2 공정이 도금액 중에서 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터와 상기 외골격에 통전(通電)하여 상기 대응하는 비절연부에 금속을 석출(析出)하고 전기적으로 결합하여 고정하는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 공정이 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 각각 대응하는 개소에 비절연부를 형성하고, 상기 비절연부에 리드 선을 근접시켜 배치하는 공정을 가지며, 상기 제2 공정이 도금액 중에서 상기 리드 선, 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 상기 외골격에 통전하여 상기 대응하는 비절연부 및 리드 선에 금속을 석출하고 전기적으로 결합하여 고정하는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 공정이 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 각각 대응하는 개소에 비절연부를 형성하는 공정을 가지고, 상기 제2 공정이 용액 중에서 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터와 상기 외골격에 통전하여 상기 대응하는 비절연부에 전착(電着)에 의해 절연성 수지를 석출하여 고정하는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 공정이 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터에 형성한 비절연부에 전기 도금을 하여 전기 접합부를 형성하는 공정을 가지며, 상기 제2 공정이 용액 중에서 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터와 상기 외골격에 통전하여 상기 전기 접합부와 외골격 전체에 전착에 의해 절연성 수지를 석출하여 고정하는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제21항에 있어서,

상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 상기 외골격에 비절연부를 형성하고, 도금액 중에서 통전하여 대응하는 비절연부에 금속을 석출하고 전기적으로 결합하는 공정을 추가로 가지는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제22항에 있어서,

상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 상기 외골격에 비절연부를 형성하고, 도금액 중에서 통전하여 대응하는 비절연부에 금속을 석출하고 전기적으로 결합하는 공정을 추가로 가지는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 제1 공정 및 제2 공정에서, 전기 도금 및 수지의 전착 직전에 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 산화 피막(酸化被膜)을 제거하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제19항에 있어서,

상기 제1 공정 및 제2 공정에서, 전기 도금 및 수지의 전착 직전에 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 산화 피막(酸化被膜)을 제거하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제20항에 있어서,

상기 제1 공정 및 제2 공정에서, 전기 도금 및 수지의 전착 직전에 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 산화 피막(酸化被膜)을 제거하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제21항에 있어서,

상기 제1 공정 및 제2 공정에서, 전기 도금 및 수지의 전착 직전에 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 산화 피막(酸化被膜)을 제거하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제22항에 있어서,

상기 제1 공정 및 제2 공정에서, 전기 도금 및 수지의 전착 직전에 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 산화 피막(酸化被膜)을 제거하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제23항에 있어서,

상기 제1 공정 및 제2 공정에서, 전기 도금 및 수지의 전착 직전에 상기 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터 및 외골격의 산화 피막(酸化被膜)을 제거하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

진공 건조에 의해 건조하는 공정을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 공정의 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터를 탄성 변형 가능하게 배설하는 것을 특징으로 하는 능동 세관의 제조 방법.