TW202417207A - 彎曲結構體 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種藉由簡單的結構而使折曲剛性在軸向上局部變化的彎曲結構體。所述彎曲結構體包括內螺旋部3及外螺旋部5，內螺旋部3的對應的捲繞部7a、捲繞部9a嵌合於外螺旋部5的鄰接的捲繞部15a、捲繞部17a、捲繞部19a間，並且整體能夠進行與折曲剛性相應的彎曲及伸展，藉由使內螺旋部3及外螺旋部5的至少一者的相對於軸向上的載荷的撓曲量局部變化而使折曲剛性在軸向上局部變化。

Description

彎曲結構體

本發明是有關於一種可供於機器人等關節功能部的彎曲結構體。

作為先前的彎曲結構體，例如有如專利文獻1般根據用途等而使折曲剛性在軸向上局部變化的彎曲結構體。

專利文獻1的彎曲結構體為內窺鏡的撓性管，且具有包括螺旋管及芯材的剛性可變裝置。剛性可變裝置藉由提高螺旋管彎曲時的芯材的拉伸應力而使撓性管的折曲剛性局部提高。

所述彎曲結構體中，由於需要使螺旋管與芯材協作，因此即便可使剛性在軸向上局部提高，亦有結構變得複雜的問題。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開第2017/203740號公報

[發明所欲解決之課題]

所欲解決的問題點在於：使剛性在軸向上局部變化的結構複雜。 [解決課題之手段]

本發明提供一種彎曲結構體，其包括內螺旋部及外螺旋部，所述內螺旋部的對應的捲繞部嵌合於所述外螺旋部的鄰接的捲繞部間，並且整體能夠進行與折曲剛性相應的彎曲及伸展，藉由使所述內螺旋部及所述外螺旋部的至少一者的相對於軸向上的載荷的撓曲量局部變化而使所述折曲剛性在所述軸向上局部變化。 [發明的效果]

根據本發明，可藉由簡單的結構而使折曲剛性在軸向上局部變化。

藉由在構成彎曲結構體的內螺旋部及外螺旋部的至少一者中使相對於軸向上的載荷的撓曲量局部變化來實現如下目的，即藉由簡單的結構而使折曲剛性在軸向上局部變化的目的。

即，彎曲結構體（彎曲結構體1）包括內螺旋部（內螺旋部3）及外螺旋部（外螺旋部5），內螺旋部（內螺旋部3）的對應的捲繞部（捲繞部7a、捲繞部9a）嵌合於外螺旋部（外螺旋部5）的鄰接的捲繞部（捲繞部15a、捲繞部17a、捲繞部19a）間，並且整體能夠進行與折曲剛性相應的彎曲及伸展。

該彎曲結構體（彎曲結構體1）藉由使內螺旋部（內螺旋部3）及外螺旋部（外螺旋部5）的至少一者的相對於軸向上的載荷的撓曲量局部變化而折曲剛性在軸向上局部變化。

亦可構成為，內螺旋部（內螺旋部3）及外螺旋部（外螺旋部5）的至少一者包括節距在軸向上局部擴大的主體螺旋部（主體螺旋部7）及捲繞部（捲繞部9a）位於主體螺旋部（主體螺旋部7）的經擴大的節距內的一個或多個副螺旋部（副螺旋部9）。於該情況下，副螺旋部（副螺旋部9）可設為節距與主體螺旋部（主體螺旋部7）的經擴大的節距相同。其中，副螺旋部（副螺旋部9）的節距無需與主體螺旋部（主體螺旋部7）的經擴大的節距相同。

亦可構成為，內螺旋部（內螺旋部3）及外螺旋部（外螺旋部5）的至少一者的節距在軸向上局部形成得窄，藉由內螺旋部（內螺旋部3）的捲繞部（捲繞部23a）嵌合於外螺旋部（外螺旋部5）的鄰接的捲繞部（捲繞部15a）間而將形成得窄的節距擴大，從而賦予初始張力。

亦可構成為，內螺旋部（內螺旋部3）及外螺旋部（外螺旋部5）的至少一者包括材質相對柔軟的軟螺旋部（軟螺旋部25）及材質相對硬的硬螺旋部（硬螺旋部27）。

亦可構成為，內螺旋部（內螺旋部3）及外螺旋部（外螺旋部5）的至少一者包括捲繞部（捲繞部29a）的線徑為相對小的徑的小徑螺旋部（小徑螺旋部29）及捲繞部（捲繞部31a）的線徑為相對大的徑的大徑螺旋部（大徑螺旋部31）。 [實施例1]

圖1是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的剖面圖，圖2是表示彎曲結構體的捲繞部剖面的概略剖面圖。

彎曲結構體1可應用於機械手（manipulator）、機器人（robot）、致動器（actuator）等醫療用或產業用等各種設備的關節功能部，且能夠藉由彎曲/伸展動作而使兩側所結合的設備側的構件相對位移。

本實施例的彎曲結構體1包括內螺旋部3及外螺旋部5，且構成為剛性在軸向上局部變化。所謂軸向，是指沿著彎曲結構體1的軸心的方向，無需嚴格性理解，亦包含相對於軸心稍微傾斜的方向。

本實施例的彎曲結構體1中，藉由在內螺旋部3及外螺旋部5兩者中使相對於軸向上的載荷的撓曲量局部變化而折曲剛性局部變化。

再者，為了使彎曲結構體1的折曲剛性局部變化，只要於內螺旋部3及外螺旋部5的至少一者中使相對於軸向上的載荷的撓曲量局部變化即可。

該彎曲結構體1整體能夠進行與折曲剛性相應的彎曲及伸展，折曲剛性相對高的部分難以彎曲。

圖3的（A）及圖3的（B）是表示彎曲結構體1的內螺旋部3的捲繞部剖面的概略剖面圖，圖3的（A）是主體螺旋部7，圖3的（B）是副螺旋部9。

如圖2及圖3的（A）、圖3的（B）般，內螺旋部3包括主體螺旋部7及副螺旋部9。

主體螺旋部7為金屬或樹脂等的具有彈性的不等節距螺旋彈簧，軸向上的一側為小節距部11，軸向上的另一側為大節距部13。

小節距部11具有相對小且一定的節距，大節距部13具有相對大且一定的節距。因此，主體螺旋部7成為於大節距部13節距在軸向上局部擴大的結構。再者，節距為主體螺旋部7的鄰接的捲繞部7a間的軸向上的間隙。

主體螺旋部7的捲繞部7a的剖面形狀為圓形，且線徑為一定。再者，主體螺旋部7的材質、捲繞部7a的剖面形狀或線徑等可採用適當者。

主體螺旋部7的中心徑於小節距部11及大節距部13為一定。其中，主體螺旋部7的中心徑亦能夠在軸向上變化。

副螺旋部9為金屬或樹脂等的具有彈性的螺旋彈簧。副螺旋部9的節距與主體螺旋部7的經擴大的節距即大節距部13相同。副螺旋部9的中心徑與主體螺旋部7相同。

該副螺旋部9的捲繞部9a位於主體螺旋部7的大節距部13的節距內。副螺旋部9的捲繞部9a的位置為主體螺旋部7的鄰接的捲繞部7a間的中間位置。

藉此，作為內螺旋部3的另一側的副螺旋部9與大節距部13的組合部分具有與小節距部11相同的節距。即，內螺旋部3整體具有一定的節距。

另外，內螺旋部3藉由副螺旋部9及大節距部13的節距分別擴大而與軸向上的一側相比，軸向上的另一側的相對於載荷的撓曲量變小。藉此，內螺旋部3的折曲剛性提高。

再者，副螺旋部9與大節距部13的組合無需具有與小節距部11相同的節距，因此亦可為小於小節距部11的節距。

圖4的（A）～圖4的（C）是表示圖2的彎曲結構體的外螺旋部的捲繞部剖面的概略剖面圖，圖4的（A）是主體螺旋部，圖4的（B）及圖4的（C）是副螺旋部。

如圖2及圖4般，外螺旋部5包括主體螺旋部15及副螺旋部17、副螺旋部19。

主體螺旋部15為金屬或樹脂等的具有彈性的螺旋彈簧。主體螺旋部15具有與內螺旋部3的小節距部11相同的節距，捲繞部15a的剖面形狀為圓形，且線徑為一定。再者，主體螺旋部15的材質、捲繞部15a的剖面形狀或線徑等可採用適當者。

主體螺旋部15的中心徑形成得大於內螺旋部3，且於內螺旋部3的小節距部11的外側進行螺合。藉此，主體螺旋部15的捲繞部15a嵌合於內螺旋部3的小節距部11的捲繞部7a間。

副螺旋部17、副螺旋部19為金屬或樹脂等的具有彈性的螺旋彈簧。副螺旋部17、副螺旋部19的節距與內螺旋部3的主體螺旋部7的大節距部13相同。副螺旋部17、副螺旋部19的中心徑與外螺旋部5的主體螺旋部15相同。

該些副螺旋部17、副螺旋部19於作為內螺旋部3的另一側的大節距部13與副螺旋部9的組合部分的外側進行螺合。該些副螺旋部17、副螺旋部19的捲繞部17a、捲繞部19a分別嵌合於內螺旋部3的捲繞部7a、捲繞部9a間。

副螺旋部17、副螺旋部19藉由它們的組合而具有與主體螺旋部15相同的節距。因此，外螺旋部5整體具有一定的節距。

另外，外螺旋部5藉由由副螺旋部17、副螺旋部19此兩條形成而與軸向上的一側相比，軸向上的另一側的相對於載荷的撓曲量變小。藉此，外螺旋部5的相當於副螺旋部17、副螺旋部19的部位相對於相當於主體螺旋部15的部位而言，折曲剛性提高。

再者，副螺旋部17、副螺旋部19無需具有與主體螺旋部15相同的節距，因此亦可為小於主體螺旋部15的節距。

另外，外螺旋部5與內螺旋部3的結構亦可設為相反。只要於內螺旋部3及外螺旋部5的至少一者中使相對於軸向上的載荷的撓曲量局部變化即可，因此亦可由自軸向上的一側至另一側連續的等節距的螺旋彈簧等構成外螺旋部5或內螺旋部3。

藉由所述外螺旋部5整體於內螺旋部3的外側進行螺合，可利用簡單的結構來使軸向上的一部分的折曲剛性變化。

另外，藉由外螺旋部5與內螺旋部3的螺合而內螺旋部3的對應的捲繞部7a或捲繞部9a嵌合於外螺旋部5的一側的捲繞部15a間或另一側的捲繞部17a、捲繞部19a間。

藉由該結構，彎曲結構體1可耐受軸向上的壓縮。另外，彎曲結構體1於彎曲時，在彎曲的內側，外螺旋部5的鄰接的捲繞部15a、捲繞部17a及捲繞部19a間的間隙變小，在彎曲的外側，外螺旋部5的鄰接的捲繞部15a、捲繞部17a及捲繞部19a間的間隙變大。因此，彎曲時的外螺旋部5的軸心的長度與直線狀時相比，未發生變化。

因此，彎曲結構體1於用於在彎曲結構體1的內周側對推拉線纜等撓性構件以能夠在軸向上移動的方式進行引導的情況下，可將撓性構件的路徑長保持為一定。

另外，本實施例的彎曲結構體1的軸向上的一側的折曲剛性相對低，軸向上的另一側的折曲剛性相對高，因此，例如於應用於內窺鏡的情況下，可提高插入性。

再者，本實施例中，雖僅提高了作為彎曲結構體1的一部分的另一側的剛性，但亦可於軸向上的多個部位提高剛性。 [實施例2]

圖5是表示本發明的實施例2的彎曲結構體的捲繞部剖面的概略剖面圖，圖6是表示彎曲結構體的內螺旋部的捲繞部剖面的概略剖面圖，圖7是表示彎曲結構體的外螺旋部的捲繞部剖面的概略剖面圖。再者，實施例2中，基本結構與實施例1共通，因此對對應的結構標註相同符號並省略重覆的說明。

實施例2中，內螺旋部3的節距局部形成得窄。即，內螺旋部3包含包括軸向上的一側的一側螺旋部21及軸向上的另一側的另一側螺旋部23的螺旋彈簧。外螺旋部5自軸向上的一側至另一側包含等節距的螺旋彈簧。除此以外，與實施例1相同。

內螺旋部3的一側螺旋部21包含等節距的螺旋彈簧，且一側螺旋部21的捲繞部21a的節距與外螺旋部5相同。另一側螺旋部23包含密接螺旋彈簧，在軸向上鄰接的捲繞部23a相互密接。即，另一側螺旋部23的節距形成得窄。一側螺旋部21與另一側螺旋部23一體地連續。

再者，另一側螺旋部23若節距窄於一側螺旋部21，則亦可並非密接螺旋彈簧。另外，一側螺旋部21的節距亦可小於外螺旋部5的節距。相反，亦可使外螺旋部5的節距小於內螺旋部3的一側螺旋部21的節距。另外，外螺旋部5與內螺旋部3的結構亦可設為相反。另外，亦可於軸向上的多個部位縮窄節距。

該彎曲結構體1中，內螺旋部3與外螺旋部5進行螺合，內螺旋部3的捲繞部23a嵌合於外螺旋部5的捲繞部15a間，藉此將內螺旋部3的另一側螺旋部23的捲繞部23a間的形成得窄的節距擴大。藉此，內螺旋部3的捲繞部23a藉由施力而具有相對高的摩擦力地密接於外螺旋部5的捲繞部15a間。

其結果，彎曲結構體1的另一側被賦予初始張力，折曲剛性提高。因此，本實施例中，亦可利用簡單的結構來使軸向上的一部分的折曲剛性變化。

再者，如上所述，即便是實施例1的結構，亦可如實施例2般減小內螺旋部3等的節距。 [實施例3]

圖8是表示本發明的實施例3的彎曲結構體的捲繞部剖面的概略剖面圖，圖9的（A）及圖9的（B）是表示彎曲結構體的內螺旋部的捲繞部剖面的概略剖面圖，圖9的（A）是軟螺旋部，圖9的（B）是硬螺旋部。再者，實施例3中，基本結構與實施例1共通，因此對對應的結構標註相同符號並省略重覆的說明。

實施例3中，由包括軸向上的一側的軟螺旋部25及軸向上的另一側的硬螺旋部27的螺旋彈簧構成內螺旋部3。

軟螺旋部25及硬螺旋部27為等節距的螺旋彈簧，但材質不同。即，軟螺旋部25包含相對柔軟的材質，硬螺旋部27包含相對硬的材質。

藉由該材質不同，硬螺旋部27與軟螺旋部25相比，相對於軸向上的載荷的撓曲量小。

外螺旋部5自軸向上的一側至另一側包含等節距的螺旋彈簧。除此以外，與實施例1相同。

因此，本實施例中，藉由內螺旋部3與外螺旋部5進行螺合，亦可利用簡單的結構來使軸向上的一部分的折曲剛性變化。

再者，亦可將軟螺旋部25設置於軸向上的另一側，將硬螺旋部27設置於軸向上的一側。另外，外螺旋部5與內螺旋部3的結構亦可設為相反。另外，亦可於外螺旋部5與內螺旋部3兩者中設置軟螺旋部及硬螺旋部。進而，亦可於軸向上的多個部位設置軟螺旋部及硬螺旋部的其中一者或兩者。

另外，於實施例1中，亦可與實施例3同樣地將副螺旋部9、副螺旋部17、副螺旋部19等設為硬螺旋部。另外，於實施例2中，亦能夠將另一側螺旋部23設為硬螺旋部，並藉由熔接等而結合於一側螺旋部21。 [實施例4]

圖10是表示本發明的實施例4的彎曲結構體的捲繞部剖面的概略剖面圖，圖11的（A）及圖11的（B）是表示彎曲結構體的內螺旋部的捲繞部剖面的概略剖面圖，圖11的（A）是小徑螺旋部，圖11的（B）是大徑螺旋部。再者，實施例4中，基本結構與實施例1共通，因此對對應的結構標註相同符號並省略重覆的說明。

實施例4中，由包括軸向上的一側的小徑螺旋部29及軸向上的另一側的大徑螺旋部31的螺旋彈簧構成內螺旋部3。

小徑螺旋部29及大徑螺旋部31為等節距的螺旋彈簧，但捲繞部29a、捲繞部31a的線徑不同。即，小徑螺旋部29的捲繞部29a的線徑為相對小的徑，大徑螺旋部31的捲繞部31a的線徑為相對大的徑。

藉由該線徑不同，大徑螺旋部31與小徑螺旋部29相比，相對於軸向上的載荷的撓曲量小。外螺旋部5自軸向上的一側至另一側包含等節距的螺旋彈簧。除此以外，與實施例1相同。

因此，本實施例中，藉由內螺旋部3與外螺旋部5進行螺合，亦可利用簡單的結構來使軸向上的一部分的折曲剛性變化。

再者，亦可將小徑螺旋部29設置於軸向上的另一側，將大徑螺旋部31設置於軸向上的一側。另外，外螺旋部5與內螺旋部3的結構亦可設為相反。另外，亦可於外螺旋部5與內螺旋部3兩者中設置小徑螺旋部及大徑螺旋部。進而，亦可於軸向上的多個部位設置小徑螺旋部及大徑螺旋部的其中一者或兩者。

另外，於實施例1中，亦可與實施例3同樣地將副螺旋部9、副螺旋部17、副螺旋部19等設為大徑螺旋部。另外，於實施例2中，亦能夠將另一側螺旋部23設為大徑螺旋部，並藉由熔接等而結合於一側螺旋部21。進而，於實施例3中，亦可將硬螺旋部27進而設為大徑螺旋部。

除此以外，能夠將實施例1～實施例4的結構適當組合而使彎曲結構體1的剛性在軸向上變化。

1:彎曲結構體 3:內螺旋部 5:外螺旋部 7:主體螺旋部（內螺旋部） 7a、9a:捲繞部 9:副螺旋部（內螺旋部） 11:小節距部 13:大節距部 15:主體螺旋部 15a、17a、19a:捲繞部 17、19:副螺旋部（外螺旋部） 21:一側螺旋部 23:另一側螺旋部 21a、23a:捲繞部 25:軟螺旋部 27:硬螺旋部 29:小徑螺旋部 29a、31a:捲繞部 31:大徑螺旋部

圖1是表示本發明的實施例1的彎曲結構體的剖面圖。 圖2是表示圖1的彎曲結構體的捲繞部剖面的概略剖面圖。 圖3的（A）及圖3的（B）是表示圖2的彎曲結構體的內螺旋部的捲繞部剖面的概略剖面圖，圖3的（A）是主體螺旋部，圖3的（B）是副螺旋部。 圖4的（A）～圖4的（C）是表示圖2的彎曲結構體的外螺旋部的捲繞部剖面的概略剖面圖，圖4的（A）是主體螺旋部，圖4的（B）及圖4的（C）是副螺旋部。 圖5是表示本發明的實施例2的彎曲結構體的捲繞部剖面的概略剖面圖。 圖6是表示圖5的內螺旋部的捲繞部剖面的概略剖面圖。 圖7是表示圖5的外螺旋部的捲繞部剖面的概略剖面圖。 圖8是表示本發明的實施例3的彎曲結構體的捲繞部剖面的概略剖面圖。 圖9的（A）及圖9的（B）是表示圖8的彎曲結構體的內螺旋部的捲繞部剖面的概略剖面圖，圖9的（A）是軟螺旋部，圖9的（B）是硬螺旋部。 圖10是將本發明的實施例4的彎曲結構體的捲繞部剖面放大表示的概略剖面圖。 圖11的（A）及圖11的（B）是表示圖10的彎曲結構體的內螺旋部的捲繞部剖面的概略剖面圖，圖11的（A）是小徑螺旋部，圖11的（B）是大徑螺旋部。

1:彎曲結構體

3:內螺旋部

5:外螺旋部

7:主體螺旋部(內螺旋部)

7a、9a:捲繞部

9:副螺旋部(內螺旋部)

11:小節距部

13:大節距部

15a、19a:捲繞部

17、19:副螺旋部(外螺旋部)

Claims (6)

1. 一種彎曲結構體，包括內螺旋部及外螺旋部， 所述內螺旋部的對應的捲繞部嵌合於所述外螺旋部的鄰接的捲繞部間，並且整體能夠進行與折曲剛性相應的彎曲及伸展， 藉由使所述內螺旋部及所述外螺旋部的至少一者的相對於軸向上的載荷的撓曲量局部變化而使所述折曲剛性在所述軸向上局部變化。
2. 如請求項1所述的彎曲結構體，其中， 所述內螺旋部及所述外螺旋部的至少一者包括節距在所述軸向上局部擴大的主體螺旋部及捲繞部位於所述主體螺旋部的所述經擴大的節距內的一個或多個副螺旋部。
3. 如請求項2所述的彎曲結構體，其中， 所述副螺旋部的節距與所述主體螺旋部的所述經擴大的節距相同。
4. 如請求項1至請求項3中任一項所述的彎曲結構體，其中， 所述內螺旋部及所述外螺旋部的至少一者的節距在所述軸向上局部形成得窄，藉由所述內螺旋部的捲繞部嵌合於所述外螺旋部的鄰接的捲繞部間而將所述形成得窄的節距擴大，從而賦予初始張力。
5. 如請求項1至請求項3中任一項所述的彎曲結構體，其中， 所述內螺旋部及所述外螺旋部的至少一者包括材質相對柔軟的軟螺旋部及材質相對硬的硬螺旋部。
6. 如請求項1至請求項3中任一項所述的彎曲結構體，其中， 所述內螺旋部及所述外螺旋部的至少一者包括所述捲繞部的線徑為相對小的徑的小徑螺旋部及所述捲繞部的線徑為相對大的徑的大徑螺旋部。