WO2020174633A1 - 剛性可変装置 - Google Patents

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WO2020174633A1
WO2020174633A1 PCT/JP2019/007684 JP2019007684W WO2020174633A1 WO 2020174633 A1 WO2020174633 A1 WO 2020174633A1 JP 2019007684 W JP2019007684 W JP 2019007684W WO 2020174633 A1 WO2020174633 A1 WO 2020174633A1
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WO
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rigidity
tubular member
core
force
core member
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PCT/JP2019/007684
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English (en)
French (fr)
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久郷　智之
高橋　毅
智大 北中
Original Assignee
オリンパス株式会社
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Publication date
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A61B1/0051—Flexible endoscopes with controlled bending of insertion part
    • A61B1/0057—Constructional details of force transmission elements, e.g. control wires
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
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    • A61B1/0051—Flexible endoscopes with controlled bending of insertion part
    • A61B1/0052—Constructional details of control elements, e.g. handles

Definitions

  • the present invention relates to a rigidity varying device that changes rigidity by relative movement in the longitudinal direction of a core member and a tubular member arranged on the outer periphery thereof.
  • An insertion device including a flexible insertion portion that is inserted into the insertion target for observation or treatment in the insertion target such as a living body or a structure is used in, for example, the medical field or the industrial field.
  • the insertion device includes an endoscope.
  • International Publication WO2017/191686 discloses a variable rigidity device that changes the difficulty (rigidity) of bending deformation of the insertion portion of the insertion device.
  • a stiffness variable device disclosed in International Publication WO2017/191686 includes a core member and a tubular member arranged on the outer periphery thereof, and has a tubular shape due to a change in the relative position of the tubular member and the core member in the longitudinal direction. The rigidity of the member and the core member can be changed.
  • the present invention is to solve the above-described problems, and reduces the influence of friction in a rigidity varying device that changes rigidity by relative movement in the longitudinal direction of a core member and a tubular member arranged on the outer periphery thereof. Therefore, it is an object of the present invention to provide a stiffness variable device that enables stable operation.
  • a rigidity varying device is arranged between a plurality of high-rigidity cylinders arranged along a longitudinal axis and a plurality of the high-rigidity cylinders, and has a bending rigidity higher than that of the high-rigidity cylinders.
  • a tubular member in which one or more low-rigidity tubular portions that are low are connected along the longitudinal axis; one or more high-rigidity core portions that are arranged inside the tubular member; -Shaped core member, which is connected to the one or more high-rigidity core parts and includes a low-rigidity core part having a bending rigidity lower than that of the high-rigidity core part, and the core member and the tubular member.
  • a drive device that is connected to at least one of the above and that moves the core member relative to the tubular member, wherein the drive device causes the core member to move in the longitudinal axis with respect to the tubular member.
  • a second force that moves the core member relative to the tubular member in the rotation direction around the longitudinal axis is generated while varying at least one of strength and direction with time.
  • the insertion device 100 of the first embodiment shown in FIG. 1 has an elongated insertion part 102 that can be inserted into an insertion target such as a human body, and the insertion part 102 has a configuration for observing the inside of the insertion target. That is, in the present embodiment, as an example, the insertion device 100 is an endoscope.
  • the insertion target into which the insertion portion 102 of the insertion device 100 that is an endoscope is inserted is not limited to a human body, and may be another living body or an artificial object such as a machine or a building. Further, the insertion device 100 is not limited to the endoscope form, and may be a treatment tool or the like that performs a medical treatment in the human body.
  • the insertion part 102 has an elongated shape.
  • the axis along the longitudinal direction of the elongated insertion portion 102 is referred to as the longitudinal axis L.
  • the insertion portion 102 has a flexible tube portion 102c having flexibility.
  • the flexible tube portion 102c may include a so-called bending portion that actively bends and deforms according to an operation of the user of the insertion device 100.
  • the linear longitudinal axis L is shown in FIG. 1, the longitudinal axis L is deformed according to the bending deformation of the insertion portion 102.
  • the end on the side of the insertion portion 102 to be inserted into the insertion target is referred to as a tip 102a, and the end opposite to the tip 102a is referred to as a base end 102b. That is, the insertion portion 102 is inserted into the insertion target from the tip 102a side. Further, the direction along the longitudinal axis L is referred to as the axial direction.
  • the insertion device 100 includes a rigidity varying device 10 and an operation unit 110. As will be described later, a part of the variable rigidity device 10 is arranged in the flexible tube portion 102c of the insertion portion 102.
  • the operation unit 110 is configured to allow the user of the insertion device 100 to input an instruction to control the operation of the rigidity varying device 10.
  • the operation unit 110 includes, for example, a switch 111 operated by a user with fingers or feet.
  • the operation unit 110 is electrically connected to the control unit 70 of the rigidity varying device 10.
  • Electric power for operating the variable stiffness device 10 is supplied from an external device to which the insertion device 100 is connected.
  • the external device is, for example, a video processor or a light source device.
  • the insertion device 100 may include a battery that supplies electric power for operating the rigidity varying device 10. Note that part or all of the operation unit 110 may be provided in an external device to which the insertion device 100 is connected.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the rigidity varying device 10.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the stiffness varying device 10.
  • the variable rigidity device 10 includes a tubular member 20, a core member 30, a drive device 50, and a control unit 70.
  • the tubular member 20 is arranged on at least a part of the flexible tube portion 102c of the insertion portion 102 so as to extend along the longitudinal axis L.
  • the tubular member 20 is a tubular member having a through hole provided along the longitudinal axis L.
  • the tubular member 20 includes a plurality of high-rigidity tubular portions 22 and one or more low-rigidity tubular portions 24.
  • the plurality of high-rigidity tubular portions 22 are arranged along the longitudinal axis L so as to be separated from each other.
  • the low-rigidity tubular portion 24 is arranged between the plurality of high-rigidity tubular portions (22).
  • the low-rigidity tubular portion 24 has lower bending rigidity than the high-rigidity tubular portion 22.
  • the flexural rigidity indicates the degree of difficulty in deformation (deformation in the bending direction) in which the longitudinal axis L bends. The difficulty of deformation of bending the longitudinal axis is shown.
  • the rigidity is represented by a force required to bend a section having a predetermined length in a direction along the longitudinal axis L by a predetermined curvature. The higher the rigidity, the less likely the SMA tube 2 is deformed in the bending direction.
  • the plurality of high-rigidity cylinder portions 22 may have the same rigidity or may have different rigidity. Further, when the plurality of low-rigidity tubular portions 24 are provided, the plurality of low-rigidity tubular portions 24 may have the same rigidity or different stiffnesses.
  • the high-rigidity tubular portion 22 and the low-rigidity tubular portion 24 are connected.
  • the tubular member 20 includes a plurality of high-rigidity tubular portions 22 and a plurality of low-rigidity tubular portions 24.
  • the high-rigidity tubular portions 22 and the low-rigidity tubular portions 24 are alternately arranged along the longitudinal axis L.
  • the configurations of the high-rigidity tubular portion 22 and the low-rigidity tubular portion 24 in the tubular member 20 are not particularly limited.
  • the high-rigidity tubular portion 22 and the low-rigidity tubular portion 24 are shown to be configured by one member, but the high-rigidity tubular portion 22 and the low-rigidity tubular portion 24 are not shown.
  • Each may be composed of a combination of a plurality of members.
  • the high-rigidity tubular portion 22 and the low-rigidity tubular portion 24 are shown to be composed of different members, but the high-rigidity tubular portion 22 and the low-rigidity tubular portion 24 are different from each other. At least a part may include a common member.
  • the high-rigidity tubular portion 22 and the low-rigidity tubular portion 24 can be provided in the tubular member by varying the thickness of the single tubular member having flexibility. Further, for example, by providing a slit in a part of a single flexible tubular member, the high-rigidity tubular portion 22 and the low-rigidity tubular portion 24 can be provided in the tubular member.
  • the core member 30 is partially or wholly disposed inside the tubular member 20.
  • the core member 30 is movable relative to the tubular member 20.
  • the core member 30 includes one or more high-rigidity core portions 34 and one or more low-rigidity core portions 32.
  • the high-rigidity core portion 34 and the low-rigidity core portion 32 are connected inside the tubular member 20.
  • the low-rigidity core portion 32 has lower bending rigidity than the high-rigidity core portion 34.
  • the plurality of low-rigidity core portions 32 may have the same rigidity or different rigidity.
  • the high-rigidity core portions 34 are plural, the plurality of high-rigidity core portions 34 may have the same rigidity or different rigidity.
  • the core member 30 includes a plurality of high-rigidity core portions 34 and a plurality of low-rigidity core portions 32. Then, in the core member 30, the high-rigidity core portions 34 and the low-rigidity core portions 32 are alternately arranged along the longitudinal axis L.
  • each of the high-rigidity core portion 34 and the low-rigidity core portion 32 in the core member 30 are not particularly limited.
  • each of the high-rigidity core portion 34 and the low-rigidity core portion 32 is shown to be composed of one member, but the high-rigidity core portion 34 and the low-rigidity core portion 32 are shown.
  • Each may be composed of a combination of a plurality of members.
  • the high-rigidity core portion 34 and the low-rigidity core portion 32 are shown to be configured by different members, but the high-rigidity core portion 34 and the low-rigidity core portion 32 are respectively provided. At least a part may include a common member.
  • the high-rigidity core portion 34 and the low-rigidity core portion 32 can be provided in the linear member by making the outer diameter of the single flexible linear member different. Further, for example, by providing a slit in a part of a single linear member having flexibility, the high-rigidity core portion 34 and the low-rigidity core portion 32 can be provided in the linear member.
  • the tubular member 20 has a plurality of low-rigidity tubular portions 24 having a length A1 in the direction along the longitudinal axis L.
  • the plurality of low-rigidity tubular portions 24 are arranged at a constant pitch P1 in the direction along the longitudinal axis L.
  • the tubular member 20 has a plurality of highly rigid tubular portions 22 having a length A2 in the direction along the longitudinal axis L.
  • the sum of the length A1 of the low-rigidity tubular portion 24 and the length A2 of the high-rigidity tubular portion 22 is the pitch P1.
  • the core member 30 has a plurality of highly rigid core portions 34 having a length A3 in the direction along the longitudinal axis L.
  • the length A3 of the plurality of high-rigidity core portions 34 is longer than the length A1 of the low-rigidity tubular portion 24. Then, the plurality of high-rigidity core portions 34 are arranged at a constant pitch P1 in the direction along the longitudinal axis L.
  • the core member 30 is relatively moved in the direction along the longitudinal axis L with respect to the tubular member 20 by a predetermined operation of the driving device 50 described later. Can be moved automatically.
  • the rigidity of the tubular member 20 and the core member 30 Is high.
  • the tubular member 20 and the core member 30 are The rigidity is low.
  • the positional relationship between the core member 30 and the tubular member 20 is such that the center of the high-rigidity core portion 34 is substantially the same as the center of the low-rigidity tubular portion 24 as the first position. Called. Further, as shown in FIG. 4, a state in which the center of the high-rigidity core portion 34 and the center of the high-rigidity tubular portion 22 are substantially the same as the positional relationship between the core member 30 and the tubular member 20 is referred to as a second position.
  • the drive device 50 is a device that moves the core member 30 and the tubular member 20 between the first position and the second position.
  • the drive device 50 is connected to at least one of the tubular member 20 and the core member 30, and has a configuration for moving the core member 30 relative to the tubular member 20.
  • the drive unit 50 changes at least one of the strength and the direction of the first force that moves the core member 30 relative to the tubular member 20 in the axial direction along the longitudinal axis L with time. At least one of the strength and the direction of the first action that occurs and the second force that causes the core member 30 to move relative to the tubular member 20 in the rotational direction about the longitudinal axis L with the passage of time.
  • One or both of a second operation in which the first force is also generated while being generated while fluctuating and one or both operations are executed.
  • the drive device 50 executes only the first operation.
  • the drive device 50 of the present embodiment includes one actuator 50a that generates the first force.
  • the actuator 50a is configured to include an electric motor and the like.
  • the control unit 70 is electrically connected to the drive device 50.
  • the control unit 70 includes a processor and a storage unit that stores a predetermined program, and includes hardware that controls the operation of the drive device 50 based on the program.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a method of controlling the drive device 50 when executing the first operation.
  • the horizontal axis represents time T and the vertical axis represents command speed V.
  • the command speed V is an axial relative speed of the target core member 30 with respect to the tubular member 20.
  • the control unit 70 when executing the first operation of the drive device 50, the control unit 70 repeatedly changes the command speed V in a triangular wave shape. That is, the drive device 50 of the present embodiment changes the strength of the first force with the passage of time when the first operation is executed.
  • the drive device 50 applies a repeated impact load to at least one of the core member 30 and the tubular member 20 by executing the first operation.
  • the control unit 70 determines that the hardening instruction for increasing the rigidity of the rigidity changing device 10 is input.
  • control unit 70 determines that the curing instruction is input in the state where the curing instruction is not input, the control unit 70 causes the drive device 50 to execute the first operation and determines the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20. A curing control process of moving from the second position to the first position is executed. Further, when it is determined that the hardening instruction is not input in the state where the hardening instruction is input, the control unit 70 causes the drive device 50 to execute the first operation, and the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20. A softening control process for moving from the first position to the second position is executed.
  • the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 becomes the first position, so that the rigidity of the core member 30 and the tubular member 20 becomes high (FIG. 3). Therefore, the rigidity of the flexible tube portion 102c of the insertion device 100 becomes high by executing the curing control process. Further, when the softening control process is completed, the relative position of the core member 30 to the tubular member 20 becomes the second position, so that the rigidity of the core member 30 and the tubular member 20 is low (FIG. 4 ). Therefore, by executing the softening control process, the rigidity of the flexible tube portion 102c of the insertion device 100 becomes low. As described above, the stiffness varying device 10 of the present embodiment can change the stiffness of the flexible tube portion 102c of the insertion device 100.
  • the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20 is linear. It will be higher than the case.
  • the drive device 50 when the core member 30 is moved relative to the tubular member 20 in the axial direction, the drive device 50 repeatedly generates an impact load in the axial direction, so that the core member 30. Even if the frictional force between the cylindrical member 20 and the cylindrical member 20 is high, the relative position of the core member 30 to the cylindrical member 20 can be quickly moved to a predetermined position. That is, the rigidity varying device 10 of the present embodiment can perform stable operation regardless of the change in the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20.
  • the command speed V when the drive device 50 executes the first operation may be a sawtooth wave shape as in the first modification shown in FIG.
  • the slope on the side where the speed increases with the passage of time is larger than the slope on the side where the speed decreases with the passage of time.
  • command speed V when the drive device 50 executes the first operation may have a sine wave shape as in the second modification shown in FIG. 7.
  • the rigidity variable device 1 of this embodiment differs from the first embodiment in the operations of the drive device 50 and the control unit 70.
  • the drive device 50 of the present embodiment can execute the third operation in addition to the first operation.
  • the drive device 50 moves the core member 30 relative to the tubular member 20 in the axial direction at a predetermined constant speed V2 by generating the first force.
  • the speed V2 is lower than the peak speed V1 in the first operation.
  • FIG. 7 shows a flowchart of the curing control process executed by the control unit 70.
  • the control unit 70 starts the driving device 50 to execute the third operation.
  • the direction of the force generated by the drive device 50 is a direction in which the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 is moved from the second position to the first position.
  • the command speed V is the constant value V2.
  • step S20 the control unit 70 determines whether the load of the actuator 50a exceeds the threshold value.
  • the method by which the control unit 70 detects the load of the actuator 50a is not particularly limited, but in the present embodiment, as an example, the control unit 70 detects the load based on the current value of the actuator 50a.
  • the control unit 70 determines that the load of the actuator 50a exceeds the threshold value when the current value of the actuator 50a exceeds a predetermined value.
  • the load on the actuator 50a can also be detected by using, for example, a strain sensor, a pressure sensor, a torque sensor, or the like.
  • step S20 If it is determined in step S20 that the load on the actuator 50a is equal to or less than the threshold value, the control unit 70 proceeds to step S30. In step S30, the control unit 70 determines whether or not the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 has reached the first position which is the target position.
  • step S30 When it is determined in step S30 that the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 has reached the first position, the control unit 70 proceeds to step S40 to stop the operation of the drive device 50 and cure the same. The control process ends.
  • step S30 when it is determined in step S30 that the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 has not reached the first position, the control unit 70 returns to step S20.
  • step S20 if the load on the actuator 50a exceeds the threshold value, the control unit 70 proceeds to step S100.
  • step S100 the control unit 70 starts the driving device 50 to execute the first operation.
  • the direction of the force generated by the drive device 50 is a direction in which the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 is moved from the second position to the first position.
  • the drive device 50 by executing the first operation, applies a repeated impact load to at least one of the core member 30 and the tubular member 20.
  • command speed V output to the drive device 50 by the control unit 70 during the execution of step S100 may be the triangular wave of repetition shown in FIG. 5 to which the speed V2 is added. That is, when executing step S100, the driving device 50 may simultaneously execute both the first operation and the third operation.
  • step S100 the control unit 70 moves to step S30.
  • the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 becomes the first position, so that the core member 30 and the tubular member 20 have high rigidity (FIG. 3 ).
  • the control unit 70 when the control unit 70 detects that the load of the actuator 50a exceeds the threshold value while the drive device 50 is performing the third operation. Then, the first operation is executed.
  • the control unit 70 when the control unit 70 detects that the load of the actuator 50a exceeds the threshold value while the drive device 50 is performing the third operation, the control unit 70 makes the first Perform an action.
  • the reason why the load of the actuator 50a increases during the execution of the third operation by the drive device 50 is an increase in the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20.
  • the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20 in a state where the core member 30 and the tubular member 20 are bent is higher than that when both are linear.
  • the drive device 50 when the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 is changed in a state where the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20 is high, the drive device 50 is Since the first operation is executed and the repeated impact load is generated, the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 can be quickly moved to a predetermined position. That is, the rigidity varying device 10 of the present embodiment can perform stable operation regardless of the change in the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20.
  • the drive device 50 when the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20 is low, the drive device 50 operates at a constant speed V2, so that the generation of vibration or sound is suppressed. be able to.
  • the command speed V when the drive device 50 executes the first operation may be a sawtooth wave shape as shown in FIG. As shown in FIG. 7, it may have a sine wave shape.
  • the rigidity variable device 10 of the present embodiment shown in FIG. 10 differs from the first embodiment in the configuration and operation of the drive device 50.
  • the drive device 50 of the present embodiment includes a first actuator 50b and a second actuator 50c.
  • the drive device 50 can execute only the second operation.
  • the first actuator 50b generates a first force that moves the core member 30 in the axial direction with respect to the tubular member 20.
  • the first actuator 50b is configured to include an electric motor and the like.
  • the second actuator 50c generates a second force that moves the core member 30 relative to the tubular member 20 in the rotation direction around the longitudinal axis L.
  • the second actuator 50c is configured to include an electric motor and the like.
  • the drive device 50 causes the first actuator 50b to generate the first force, and at the same time, at least one of the strength and the direction of the second force generated by the second actuator 50c is changed over time. Fluctuate.
  • FIG. 11 is a graph illustrating a method of controlling the second actuator 50c when executing the second operation.
  • the command speed V is a rotation speed of the target core member 30 about the rotation axis with respect to the tubular member 20.
  • the second actuator 50c rotates in the forward direction
  • the command speed V has a negative value
  • the second actuator 50c rotates in the reverse direction.
  • the command speed V of the second actuator 50c during the execution of the second operation may have a rectangular wave shape or a sine wave shape.
  • the control unit 70 executes the second operation of the drive device 50, the control unit 70 repeatedly changes the command speed V of the second actuator 50c in a triangular wave shape and rotates. Reverse direction repeatedly. That is, when the drive device 50 is executing the second operation, the core member 30 vibrates in the rotational direction around the axis relatively to the tubular member 20. Similar to the first embodiment, the control unit 70 executes the second operation of the drive device 50 in the hardening control process and the softening control process.
  • the core member 30 when the core member 30 is moved relative to the tubular member 20 in the axial direction, the core member 30 rotates about the axis relative to the tubular member 20. Since it vibrates in the moving direction, stable operation is possible regardless of changes in the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20.
  • the rigidity variable device 1 of the present embodiment differs from the third embodiment in the operations of the drive device 50 and the control unit 70.
  • the drive device 50 of the present embodiment can execute the third operation in addition to the second operation.
  • the drive device 50 generates the first force to move the core member 30 relative to the tubular member 20 in the axial direction at a predetermined constant speed. That is, when the third operation is executed, the command speed of the first actuator 50b is constant.
  • FIG. 12 shows a flowchart of the curing control process executed by the control unit 70.
  • the control unit 70 starts the driving device 50 to execute the third operation.
  • the direction of the force generated by the drive device 50 is a direction in which the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 is moved from the second position to the first position.
  • the control unit 70 sets the command speed of the first actuator 50b to a constant value.
  • step S220 the control unit 70 determines whether the load of the first actuator 50b exceeds the threshold value.
  • the method for the control unit 70 to detect the load on the first actuator 50b is not particularly limited, but in the present embodiment, as an example, the control unit 70 detects the load based on the current value of the first actuator 50b.
  • the control unit 70 determines that the load on the first actuator 50b exceeds the threshold value when the current value of the first actuator 50b exceeds a predetermined value.
  • the load of the first actuator 50b can also be detected by using, for example, a strain sensor, a pressure sensor, a torque sensor, or the like.
  • step S220 if the load on the first actuator 50b is less than or equal to the threshold value, the control unit 70 proceeds to step S230.
  • step S230 the control unit 70 determines whether or not the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 has reached the first position which is the target position.
  • step S230 When it is determined in step S230 that the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 has reached the first position, the control unit 70 proceeds to step S240 to stop the operation of the drive device 50 and cure the same. The control process ends.
  • step S230 when it is determined in step S230 that the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 has not reached the first position, the control unit 70 returns to step S220.
  • step S220 if the load on the first actuator 50ba exceeds the threshold value, the control unit 70 moves to step S300.
  • step S300 the control unit 70 starts the driving device 50 to execute the second operation.
  • the drive device 50 By executing the second operation, the drive device 50 generates a first force that moves the core member 30 in the axial direction relative to the tubular member 20, and at the same time, moves the core member 30 to the tubular member 20. And generates a second force that relatively vibrates about the rotation axis.
  • step S300 the control unit 70 moves to step S230.
  • the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 becomes the first position, so that the core member 30 and the tubular member 20 have high rigidity (FIG. 3 ).
  • the control unit 70 detects that the load of the first actuator 50b exceeds the threshold value while the drive device 50 is performing the third operation. If so, the second operation is executed.
  • the softening control process similarly to the curing control process, when the control unit 70 detects that the load of the first actuator 50b exceeds the threshold value while the drive device 50 is performing the third operation, The second operation is executed.
  • the reason why the load on the first actuator 50b increases during the execution of the third operation by the drive device 50 is an increase in the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20.
  • the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20 in a state where the core member 30 and the tubular member 20 are bent is higher than that when both are linear.
  • the drive device 50 when the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 is changed in a state where the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20 is high, the drive device 50 is Since the core member 30 is vibrated about the rotation axis relative to the tubular member 20, the relative position of the core member 30 with respect to the tubular member 20 can be quickly moved to a predetermined position. That is, the rigidity varying device 10 of the present embodiment can perform stable operation regardless of the change in the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20.
  • the first actuator 50b when the frictional force between the core member 30 and the tubular member 20 is low, the first actuator 50b operates, so that the generation of vibration or sound can be suppressed. ..
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified within the scope of the gist or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and a rigidity variable device accompanied by such modifications is also possible. Moreover, it is included in the technical scope of the present invention.

Abstract

長手軸に沿って配置される複数の高剛性筒部と、複数の前記高剛性筒部の間に配置され、前記高剛性筒部よりも曲げ剛性が低い１つまたは複数の低剛性筒部と、が前記長手軸に沿って連結された筒状部材と、前記筒状部材の内側に配置される１つまたは複数の高剛性芯部と、前記筒状部材の内側において前記１つまたは複数の高剛性芯部に接続され、前記高剛性芯部よりも曲げ剛性が低い低剛性芯部と、を備える芯部材と、前記芯部材および前記筒状部材の少なくとも一方に接続され、前記芯部材を前記筒状部材に対して相対的に移動させる駆動装置と、を備え、前記駆動装置は、前記芯部材を前記筒状部材に対して前記長手軸に沿う軸方向に相対的に移動させる第１の力を、強さおよび方向の少なくとも一方を時間経過に伴い変動させながら発生する第１動作を実行する。

Description

剛性可変装置
　本発明は、芯部材とその外周に配置される筒状部材の長手方向の相対移動によって剛性の変化をもたらす剛性可変装置に関する。
　生体や構造物等の挿入対象内における観察や処置のために、前記挿入対象内に挿入される可撓性を有する挿入部を備える挿入装置が例えば医療分野や工業分野において利用されている。挿入装置は、内視鏡を含む。
　例えば国際公開ＷＯ２０１７／１９１６８６号公報には、挿入装置の挿入部の曲げ変形のしにくさ（剛性）を変化させる剛性可変装置が開示されている。国際公開ＷＯ２０１７／１９１６８６号公報に開示されている剛性可変装置は、芯部材とその外周に配置される筒状部材とを備え、筒状部材と芯部材の長手方向の相対位置の変化によって筒状部材および芯部材の剛性を変化させることができる。
　国際公開ＷＯ２０１７／１９１６８６号公報に開示されている剛性可変装置では、筒状部材と芯部材の相対位置を変化させる場合に、両者間に摩擦力が生じる。特に、筒状部材および芯部材が屈曲した状態において筒状部材と芯部材の相対位置を変化させようとする場合には、両者間の摩擦力が大きくなる。筒状部材と芯部材との間の摩擦力が大きい場合でも両者の相対位置を狙い通りに速やかに変化させるためには、動力源を大型化したり、摩擦力を低減する低摩擦部材を配置する必要がある。
　本発明は、上述した課題を解決するものであって、芯部材とその外周に配置される筒状部材の長手方向の相対移動によって剛性の変化をもたらす剛性可変装置において、摩擦の影響を軽減することで、安定した動作を可能にした剛性可変装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様による剛性可変装置は、長手軸に沿って配置される複数の高剛性筒部と、複数の前記高剛性筒部の間に配置され、前記高剛性筒部よりも曲げ剛性が低い１つまたは複数の低剛性筒部と、が前記長手軸に沿って連結された筒状部材と、前記筒状部材の内側に配置される１つまたは複数の高剛性芯部と、前記筒状部材の内側において前記１つまたは複数の高剛性芯部に接続され、前記高剛性芯部よりも曲げ剛性が低い低剛性芯部と、を備える芯部材と、前記芯部材および前記筒状部材の少なくとも一方に接続され、前記芯部材を前記筒状部材に対して相対的に移動させる駆動装置と、を備え、前記駆動装置は、前記芯部材を前記筒状部材に対して前記長手軸に沿う軸方向に相対的に移動させる第１の力を、強さおよび方向の少なくとも一方を時間経過に伴い変動させながら発生する第１動作、および前記第１の力の強さおよび方向を一定に保ちながら、前記芯部材を前記筒状部材に対して前記長手軸周りの回動方向に相対的に移動させる第２の力を、強さおよび方向の少なくとも一方を時間経過に伴い変動させながら発生する第２動作、の一方または両方を実行する。
第１の実施形態の挿入装置の構成を示す図である。 第１の実施形態の剛性可変装置の構成を示す図である。 第１の実施形態の筒状部材および芯部材が第１位置にある場合の断面図である。 第１の実施形態の筒状部材および芯部材が第２位置にある場合の断面図である。 第１の実施形態の駆動装置の第１動作を説明する図である。 第１の実施形態の駆動装置の第１動作の第１の変形例を説明する図である。 第１の実施形態の駆動装置の第１動作の第２の変形例を説明する図である。 第２の実施形態の駆動装置の第３動作を説明する図である。 第２の実施形態の硬化制御処理のフローチャートである。 第３の実施形態の挿入装置の構成を示す図である。 第２の実施形態の駆動装置の第２動作を説明する図である。 第４の実施形態の硬化制御処理のフローチャートである。
　以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。
（第１の実施形態）　
　図１に示す第１の実施形態の挿入装置１００は、人体等の挿入対象内に挿入可能な細長の挿入部１０２を有し、挿入部１０２に挿入対象内を観察するための構成を有する。すなわち、本実施形態では一例として、挿入装置１００は内視鏡である。内視鏡である挿入装置１００の挿入部１０２が挿入される挿入対象は、人体に限らず、他の生体であってもよいし、機械や建造物等の人工物であってもよい。また、挿入装置１００は、内視鏡の形態に限られず、人体内において医療的な処置を行う処置具等であってもよい。
　挿入部１０２は、細長の形状を有する。以下の説明において、細長な挿入部１０２の長手方向に沿う軸を長手軸Ｌと称する。挿入部１０２は、可撓性を有する可撓管部１０２ｃを有する。可撓管部１０２ｃは、挿入装置１００の使用者の操作に応じて能動的に曲げ変形する、いわゆる湾曲部を含んでいてもよい。なお、図１においては直線状の長手軸Ｌが示されているが、長手軸Ｌは挿入部１０２の曲げ変形に応じて変形する。
　また、以下の説明において、挿入部１０２の挿入対象内に挿入される側の端を先端１０２ａとし、先端１０２ａとは反対の端を基端１０２ｂとする。すなわち、挿入部１０２は、挿入対象内に先端１０２ａ側から挿入される。また、長手軸Ｌに沿う方向のことを軸方向と称する。
　挿入装置１００は、剛性可変装置１０および操作部１１０を含む。後述するが、剛性可変装置１０の一部は、挿入部１０２の可撓管部１０２ｃに配置されている。操作部１１０は、挿入装置１００の使用者が剛性可変装置１０の動作を制御する指示を入力するための構成である。操作部１１０は、例えば使用者が手指や足で操作するスイッチ１１１を含む。操作部１１０は、剛性可変装置１０の制御部７０に電気的に接続されている。
　剛性可変装置１０を稼働させるための電力は、挿入装置１００が接続される外部装置から供給される。外部装置は、例えばビデオプロセッサや光源装置等である。なお、挿入装置１００が剛性可変装置１０を稼働させるための電力を供給する電池を備えていてもよい。なお、操作部１１０の一部または全部は挿入装置１００が接続される外部装置に設けられていてもよい。
　図２は、剛性可変装置１０の構成を示す図である。図３は、剛性可変装置１０の断面図である。図２に示すように、剛性可変装置１０は、筒状部材２０、芯部材３０、駆動装置５０および制御部７０を含む。
　筒状部材２０は、挿入部１０２の可撓管部１０２ｃの少なくとも一部に、長手軸Ｌに沿って延在するよう配置されている。筒状部材２０は、長手軸Ｌに沿って設けられた貫通孔を有する管状の部材である。
　筒状部材２０は、図３に示すように、複数の高剛性筒部２２と、１つまたは複数の低剛性筒部２４を含む。複数の高剛性筒部２２は、長手軸Ｌに沿って互いに離隔して配置されている。低剛性筒部２４は、複数の高剛性筒部（２２）の間に配置されている。
　低剛性筒部２４は、高剛性筒部２２よりも曲げ剛性が低い。ここで、曲げ剛性とは、長手軸Ｌが湾曲する変形（曲げ方向の変形）のしにくさを示す。長手軸を曲げる変形のしにくさを示す。剛性は、長手軸Ｌに沿う方向についての所定の長さの区間を、所定の曲率だけ曲げるのに必要となる力で表される。剛性が高いほど、ＳＭＡチューブ２の曲げ方向の変形が起こりにくい。
　複数の高剛性筒部２２は、同一の剛性を有していてもよいし、異なる剛性を有していてもよい。また、低剛性筒部２４が複数である場合、複数の低剛性筒部２４は、同一の剛性を有していてもよいし、異なる剛性を有していてもよい。
　高剛性筒部２２と低剛性筒部２４とは、連結されている。図示する本実施形態では、筒状部材２０は、複数の高剛性筒部２２および複数の低剛性筒部２４を備える。そして、筒状部材２０は、高剛性筒部２２および低剛性筒部２４が長手軸Ｌに沿って交互に配置されている。
　なお、筒状部材２０において、高剛性筒部２２および低剛性筒部２４の構成は特に限定されない。図３に示す断面図では、高剛性筒部２２および低剛性筒部２４のそれぞれが、１つの部材により構成されているように示しているが、高剛性筒部２２および低剛性筒部２４のそれぞれは複数の部材の組み合わせにより構成されていてもよい。
　また、図３に示す断面図では、高剛性筒部２２および低剛性筒部２４が異なる部材により構成されているように示しているが、高剛性筒部２２および低剛性筒部２４はそれぞれの少なくとも一部に共通の部材を含んでいてもよい。例えば、単一の可撓性を有する管状の部材の厚さを異ならせることにより、当該管状の部材に高剛性筒部２２および低剛性筒部２４を設けることができる。また、例えば、単一の可撓性を有する管状の部材の一部にスリットを設けることにより、当該管状の部材に高剛性筒部２２および低剛性筒部２４を設けることができる。
　芯部材３０は、一部または全部が筒状部材２０の内側に配置されている。芯部材３０は、筒状部材２０に対して相対的に移動可能である。芯部材３０は、１つまたは複数の高剛性芯部３４と、１つまたは複数の低剛性芯部３２と、を含む。高剛性芯部３４および低剛性芯部３２は、筒状部材２０の内側において接続されている。
　低剛性芯部３２は、高剛性芯部３４よりも曲げ剛性が低い。低剛性芯部３２が複数である場合、複数の低剛性芯部３２は、同一の剛性を有していてもよいし、異なる剛性を有していてもよい。また、高剛性芯部３４が複数である場合、複数の高剛性芯部３４は、同一の剛性を有していてもよいし、異なる剛性を有していてもよい。
　図示する本実施形態では、芯部材３０は、複数の高剛性芯部３４および複数の低剛性芯部３２を備える。そして、芯部材３０は、高剛性芯部３４および低剛性芯部３２が長手軸Ｌに沿って交互に配置されている。
　なお、芯部材３０において、高剛性芯部３４および低剛性芯部３２の構成は特に限定されない。図３に示す断面図では、高剛性芯部３４および低剛性芯部３２のそれぞれが、１つの部材により構成されているように示しているが、高剛性芯部３４および低剛性芯部３２のそれぞれは複数の部材の組み合わせにより構成されていてもよい。
　また、図３に示す断面図では、高剛性芯部３４および低剛性芯部３２が異なる部材により構成されているように示しているが、高剛性芯部３４および低剛性芯部３２はそれぞれの少なくとも一部に共通の部材を含んでいてもよい。例えば、単一の可撓性を有する線状の部材の外径を異ならせることにより、当該線状部材に高剛性芯部３４および低剛性芯部３２を設けることができる。また、例えば、単一の可撓性を有する線状の部材の一部にスリットを設けることで、当該線状部材に高剛性芯部３４および低剛性芯部３２を設けることができる。
　本実施形態では一例として、筒状部材２０は、長手軸Ｌに沿う方向についての長さがＡ１である複数の低剛性筒部２４を有する。複数の低剛性筒部２４は、一定のピッチＰ１で長手軸Ｌに沿う方向に配置されている。言い換えれば、筒状部材２０は、長手軸Ｌに沿う方向についての長さがＡ２である複数の高剛性筒部２２を有する。そして低剛性筒部２４の長さＡ１と高剛性筒部２２の長さＡ２の和がピッチＰ１である。
　また、本実施形態では一例として、芯部材３０は、長手軸Ｌに沿う方向についての長さがＡ３である複数の高剛性芯部３４を有する。複数の高剛性芯部３４の長さＡ３は、低剛性筒部２４の長さＡ１よりも長い。そして、複数の高剛性芯部３４は、一定のピッチＰ１で長手軸Ｌに沿う方向に配置されている。
　図３および図４に示すように、本実施形態の剛性可変装置１０では、後述する駆動装置５０の所定の動作によって、芯部材３０を筒状部材２０に対して長手軸Ｌに沿う方向に相対的に移動させることができる。図３に示すように、長手軸Ｌに沿う方向について高剛性芯部３４の中心が低剛性筒部２４の中心と略同一の位置にある場合には、筒状部材２０および芯部材３０の剛性が高い状態となる。一方、図４に示すように長手軸Ｌに沿う方向について高剛性芯部３４の中心が高剛性筒部２２の中心と略同一の位置にある場合には、筒状部材２０および芯部材３０の剛性が低い状態となる。
　以下の説明では、図３に示すように、芯部材３０と筒状部材２０の位置関係が、高剛性芯部３４の中心が低剛性筒部２４の中心と略同一となる状態を第１位置と称する。また、図４に示すように、芯部材３０と筒状部材２０の位置関係が、高剛性芯部３４の中心が高剛性筒部２２の中心と略同一となる状態を第２位置と称する。
　駆動装置５０は、芯部材３０および筒状部材２０を、第１位置および第２位置の間で移動させる装置である。駆動装置５０は、筒状部材２０および芯部材３０の少なくとも一方に接続され、芯部材３０を筒状部材２０に対して相対的に移動させる構成を有する。
　駆動装置５０は、芯部材３０を筒状部材２０に対して長手軸Ｌに沿う軸方向に相対的に移動させる第１の力を、強さおよび方向の少なくとも一方を時間経過に伴い変動させながら発生する第１動作と、芯部材３０を筒状部材２０に対して長手軸Ｌ周りの回動方向に相対的に移動させる第２の力を、強さおよび方向の少なくとも一方を時間経過に伴い変動させながら発生させつつ前記第１の力も発生する第２動作と、の一方または両方の動作を実行する。
　本実施形態では一例として、駆動装置５０は、前記第１動作のみを実行する。具体的に、本実施形態の駆動装置５０は、前記第１の力を発生させる１つのアクチュエータ５０ａを備える。アクチュエータ５０ａは、電動モータ等を含んで構成されている。
　制御部７０は、駆動装置５０に電気的に接続されている。制御部７０は、プロセッサと、所定のプログラムを記憶する記憶部と、を含み、前記プログラムに基づき駆動装置５０の動作を制御するハードウェアを備える。
　駆動装置５０は、制御部７０による制御に基づき、第１動作を実行する。図５は、第１動作の実行時における、駆動装置５０の制御方法を説明するグラフである。図５のグラフにおいて、横軸は時間Ｔであり、縦軸は指令速度Ｖである。指令速度Ｖは、目標とする芯部材３０の筒状部材２０に対する軸方向の相対速度である。
　図５に示すように、制御部７０は、駆動装置５０の第１動作を実行する場合には、指令速度Ｖを三角波状に繰り返し変動させる。すなわち、本実施形態の駆動装置５０は、第１動作の実行時に、第１の力の強さを時間経過に伴い変動させる。駆動装置５０は、第１動作の実行により、繰り返しの衝撃荷重を芯部材３０および筒状部材２０の少なくとも一方に加える。
　制御部７０は、操作部１１０のスイッチ１１１がオン状態である場合に、制御部７０は、剛性可変装置１０の剛性を高める硬化指示が入力されていると判定する。
　制御部７０は、硬化指示が入力されていない状態において硬化指示が入力されていると判定した場合、駆動装置５０に第１動作を実行させ、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置を第２位置から第１位置に移動させる硬化制御処理を実行する。また、制御部７０は、硬化指示が入力されている状態において、硬化指示が入力されなくなったと判定した場合、駆動装置５０に第１動作を実行させ、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置を第１位置から第２位置に移動させる軟化制御処理を実行する。
　硬化制御処理が完了すると、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置が第１位置となるため、芯部材３０および筒状部材２０の剛性が高い状態となる（図３）。したがって、硬化制御処理の実行により、挿入装置１００の可撓管部１０２ｃの剛性は高い状態となる。また、軟化制御処理が完了すると、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置が第２位置となるため、芯部材３０および筒状部材２０の剛性が低い状態となる（図４）。したがって、軟化制御処理の実行により、挿入装置１００の可撓管部１０２ｃの剛性は低い状態となる。このように、本実施形態の剛性可変装置１０は、挿入装置１００の可撓管部１０２ｃの剛性を変化させることができる。
　例えば、挿入装置１００の可撓管部１０２ｃが湾曲し、芯部材３０および筒状部材２０が湾曲した状態における芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力は、両者が直線状である場合に比して高くなる。
　本実施形態の剛性可変装置１０では、芯部材３０を筒状部材２０に対して軸方向に相対的に移動させる場合に、駆動装置５０が軸方向の衝撃荷重を繰り返し発生するため、芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力が高い状態であっても、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置を速やかに所定の位置まで移動させることができる。すなわち、本実施形態の剛性可変装置１０は、芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力の変化に関わらず安定した動作が可能である。
　なお、駆動装置５０が第１動作を実行する際における指令速度Ｖは、図６に示す第１の変形例のように、鋸波形状であってもよい。図６に示す第１の変形例では、時間の経過とともに速度が上昇する側の傾きが、時間の経過とともに速度が低下する側の傾きよりも大きい。
　また、駆動装置５０が第１動作を実行する際における指令速度Ｖは、図７に示す第２の変形例のように、サイン波形状であってもよい。駆動装置５０のアクチュエータ５０ａをサイン波で駆動することにより、駆動装置５０の動作時に発生する音を低減することができる。
（第２の実施形態）　
　以下に、本発明の第２の実施形態を説明する。以下では第１の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略する。
　本実施形態の剛性可変装置１は、駆動装置５０および制御部７０の動作が第１の実施形態と異なる。
　本実施形態の駆動装置５０は、第１動作に加えて、第３動作を実行可能である。第３動作では、駆動装置５０は、第１の力を発生することにより、芯部材３０を筒状部材２０に対して軸方向に所定の一定の速度Ｖ２で相対的に移動させる。速度Ｖ２は、第１動作におけるピーク速度Ｖ１よりも低い。
　図７に、制御部７０が実行する硬化制御処理のフローチャートを示す。硬化制御処理では、まずステップＳ１０において、制御部７０は、駆動装置５０による第３動作の実行を開始する。ここで、駆動装置５０が発生する力の方向は、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置を第２位置から第１位置に向かって移動させる方向である。前述のように第２動作では、指令速度Ｖが一定値Ｖ２である。
　そして、ステップＳ２０において、制御部７０は、アクチュエータ５０ａの負荷が閾値を超えたか否かを判定する。制御部７０がアクチュエータ５０ａの負荷を検知する方法は特に限定されないが、本実施形態では一例として、制御部７０は、アクチュエータ５０ａの電流値に基づき当該負荷を検知する。制御部７０は、アクチュエータ５０ａの電流値が所定の値を超えた場合に、アクチュエータ５０ａの負荷が閾値を超えたと判定する。なお、アクチュエータ５０ａの負荷は、例えば歪みセンサ、圧力センサまたはトルクセンサ等を用いても検知することが可能である。
　ステップＳ２０の判定において、アクチュエータ５０ａの負荷が閾値以下である場合には、制御部７０は、ステップＳ３０に移行する。ステップＳ３０では、制御部７０は、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置が目標位置である第１位置に到達したか否かを判定する。
　ステップＳ３０において、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置が第１位置に到達したと判定した場合には、制御部７０は、ステップＳ４０に移行して駆動装置５０の動作を停止し、硬化制御処理を終了する。
　一方、ステップＳ３０において、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置が第１位置に到達していないと判定した場合には、制御部７０は、ステップＳ２０に戻る。
　ステップＳ２０の判定において、アクチュエータ５０ａの負荷が閾値を超えている場合には、制御部７０は、ステップＳ１００に移行する。ステップＳ１００では、制御部７０は、駆動装置５０による第１動作の実行を開始する。ここで、駆動装置５０が発生する力の方向は、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置を第２位置から第１位置に向かって移動させる方向である。第１の実施形態で説明したように、第１動作の実行により、駆動装置５０は、芯部材３０および筒状部材２０の少なくとも一方に繰り返しの衝撃荷重を加える。
　なお、ステップＳ１００の実行時において、制御部７０が駆動装置５０に出力する指令速度Ｖは、図５に示す繰り返しの三角波に、速度Ｖ２が加算されたものであってもよい。すなわち、ステップＳ１００の実行時において、駆動装置５０は、第１動作と第３動作の双方を同時に実行してもよい。
　ステップＳ１００の実行後、制御部７０は、ステップＳ３０に移行する。硬化制御処理が完了すると、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置が第１位置となるため、芯部材３０および筒状部材２０の剛性が高い状態となる（図３）。
　以上に説明したように、本実施形態の硬化制御処理では、制御部７０は、駆動装置５０が第３動作を実行している際に、アクチュエータ５０ａの負荷が閾値を超えたことを検知した場合に、第１動作を実行する。軟化制御処理では、硬化制御処理と同様に、制御部７０は、駆動装置５０が第３動作を実行している際に、アクチュエータ５０ａの負荷が閾値を超えたことを検知した場合に、第１動作を実行する。
　駆動装置５０による第３動作の実行中にアクチュエータ５０ａの負荷が高くなる原因は、芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力の増加である。例えば、芯部材３０および筒状部材２０が屈曲した状態における芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力は、両者が直線状である場合に比して高くなる。
　本実施形態の剛性可変装置１０は、芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力が高い状態で芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置を変化させる場合には、駆動装置５０が第１動作を実行し繰り返しの衝撃荷重を発生させるため、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置を速やかに所定の位置まで移動させることができる。すなわち、本実施形態の剛性可変装置１０は、芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力の変化に関わらず安定した動作が可能である。
　また、本実施形態の剛性可変装置１０は、芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力が低い場合には駆動装置５０が一定速度Ｖ２で動作するため、振動や音の発生を抑えることができる。
　なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、駆動装置５０が第１動作を実行する際における指令速度Ｖは、図６に示すように鋸波形状であってもよいし、図７に示すように、サイン波形状であってもよい。
（第３の実施形態）　
　以下に、本発明の第３の実施形態を説明する。以下では第１の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略する。
　図１０に示す本実施形態の剛性可変装置１０は、駆動装置５０の構成と動作が第１の実施形態と異なる。
　本実施形態の駆動装置５０は、第１アクチュエータ５０ｂおよび第２アクチュエータ５０ｃを備える。駆動装置５０は、第２動作のみを実行可能である。
　第１アクチュエータ５０ｂは、芯部材３０を筒状部材２０に対して軸方向に移動させる第１の力を発生する。第１アクチュエータ５０ｂは、電動モータ等を含んで構成されている。
　第２アクチュエータ５０ｃは、芯部材３０を筒状部材２０に対して長手軸Ｌ周りの回動方向に相対的に移動させる第２の力を発生する。第２アクチュエータ５０ｃは、電動モータ等を含んで構成されている。
　第２動作の実行時には、駆動装置５０は、第１アクチュエータ５０ｂにより第１の力を発生させ、同時に第２アクチュエータ５０ｃが発生する第２の力の強さおよび方向の少なくとも一方を時間経過に伴い変動させる。
　図１１は、第２動作の実行時における、第２アクチュエータ５０ｃの制御方法を説明するグラフである。指令速度Ｖは、目標とする芯部材３０の筒状部材２０に対する回動軸周りの回動速度である。指令速度Ｖが正の値の場合は、第２アクチュエータ５０ｃは正転し、指令速度Ｖが負の値の場合は、第２アクチュエータ５０ｃは逆転する。なお、第２動作の実行時における第２アクチュエータ５０ｃの指令速度Ｖは、矩形波形状であってもよいし、サイン波形状であってもよい。
　図１１に示すように、制御部７０は、制御部７０は、駆動装置５０の第２動作を実行する場合には、第２アクチュエータ５０ｃの指令速度Ｖを三角波状に繰り返し変動させ、かつ回動方向を繰り返し反転させる。すなわち、駆動装置５０が第２動作を実行している際には、芯部材３０が筒状部材２０に対して相対的に軸周りの回動方向に振動する。第１の実施形態と同様に、制御部７０は、硬化制御処理および軟化制御処理において、駆動装置５０の第２動作を実行する。
　本実施形態の剛性可変装置１０では、芯部材３０を筒状部材２０に対して軸方向に相対的に移動させる場合に、芯部材３０が筒状部材２０に対して相対的に軸周りの回動方向に振動するため、芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力の変化に関わらず安定した動作が可能である。
（第４の実施形態）　
　以下に、本発明の第３の実施形態を説明する。以下では第１の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略する。
　本実施形態の剛性可変装置１は、駆動装置５０および制御部７０の動作が第３の実施形態と異なる。
　本実施形態の駆動装置５０は、第２動作に加えて、第３動作を実行可能である。第３動作では、駆動装置５０は、第１の力を発生することにより、芯部材３０を筒状部材２０に対して軸方向に所定の一定の速度で相対的に移動させる。すなわち、第３動作の実行時には、第１アクチュエータ５０ｂの指令速度が一定である。
　図１２に、制御部７０が実行する硬化制御処理のフローチャートを示す。硬化制御処理では、まずステップＳ２１０において、制御部７０は、駆動装置５０による第３動作の実行を開始する。ここで、駆動装置５０が発生する力の方向は、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置を第２位置から第１位置に向かって移動させる方向である。ステップＳ２１０では、制御部７０は、第１アクチュエータ５０ｂの指令速度を一定値とする。
　そして、ステップＳ２２０において、制御部７０は、第１アクチュエータ５０ｂの負荷が閾値を超えたか否かを判定する。制御部７０が第１アクチュエータ５０ｂの負荷を検知する方法は特に限定されないが、本実施形態では一例として、制御部７０は、第１アクチュエータ５０ｂの電流値に基づき当該負荷を検知する。制御部７０は、第１アクチュエータ５０ｂの電流値が所定の値を超えた場合に、第１アクチュエータ５０ｂの負荷が閾値を超えたと判定する。なお、第１アクチュエータ５０ｂの負荷は、例えば歪みセンサ、圧力センサまたはトルクセンサ等を用いても検知することが可能である。
　ステップＳ２２０の判定において、第１アクチュエータ５０ｂの負荷が閾値以下である場合には、制御部７０は、ステップＳ２３０に移行する。ステップＳ２３０では、制御部７０は、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置が目標位置である第１位置に到達したか否かを判定する。
　ステップＳ２３０において、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置が第１位置に到達したと判定した場合には、制御部７０は、ステップＳ２４０に移行して駆動装置５０の動作を停止し、硬化制御処理を終了する。
　一方、ステップＳ２３０において、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置が第１位置に到達していないと判定した場合には、制御部７０は、ステップＳ２２０に戻る。
　ステップＳ２２０の判定において、第１アクチュエータ５０ｂａの負荷が閾値を超えている場合には、制御部７０は、ステップＳ３００に移行する。ステップＳ３００では、制御部７０は、駆動装置５０による第２動作の実行を開始する。
　第２動作の実行により、駆動装置５０は、芯部材３０を筒状部材２０に対して相対的に軸方向に移動させる第１の力を発生し、同時に芯部材３０を筒状部材２０に対して相対的に回動軸周りに振動させる第２の力を発生する。
　ステップＳ３００の実行後、制御部７０は、ステップＳ２３０に移行する。硬化制御処理が完了すると、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置が第１位置となるため、芯部材３０および筒状部材２０の剛性が高い状態となる（図３）。
　以上に説明したように、本実施形態の硬化制御処理では、制御部７０は、駆動装置５０が第３動作を実行している際に、第１アクチュエータ５０ｂの負荷が閾値を超えたことを検知した場合に、第２動作を実行する。軟化制御処理では、硬化制御処理と同様に、制御部７０は、駆動装置５０が第３動作を実行している際に、第１アクチュエータ５０ｂの負荷が閾値を超えたことを検知した場合に、第２動作を実行する。
　駆動装置５０による第３動作の実行中に第１アクチュエータ５０ｂの負荷が高くなる原因は、芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力の増加である。例えば、芯部材３０および筒状部材２０が屈曲した状態における芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力は、両者が直線状である場合に比して高くなる。
　本実施形態の剛性可変装置１０は、芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力が高い状態で芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置を変化させる場合には、駆動装置５０が芯部材３０を筒状部材２０に対して相対的に回動軸周りに振動させるため、芯部材３０の筒状部材２０に対する相対位置を速やかに所定の位置まで移動させることができる。すなわち、本実施形態の剛性可変装置１０は、芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力の変化に関わらず安定した動作が可能である。
　また、本実施形態の剛性可変装置１０は、芯部材３０と筒状部材２０との間の摩擦力が低い場合には第１アクチュエータ５０ｂが動作するため、振動や音の発生を抑えることができる。
　本発明は、前述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う剛性可変装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

Claims (4)

  1. 　長手軸に沿って配置される複数の高剛性筒部と、複数の前記高剛性筒部の間に配置され、前記高剛性筒部よりも曲げ剛性が低い１つまたは複数の低剛性筒部と、が前記長手軸に沿って連結された筒状部材と、
    　前記筒状部材の内側に配置される１つまたは複数の高剛性芯部と、前記筒状部材の内側において前記１つまたは複数の高剛性芯部に接続され、前記高剛性芯部よりも曲げ剛性が低い低剛性芯部と、を備える芯部材と、
    　前記芯部材および前記筒状部材の少なくとも一方に接続され、前記芯部材を前記筒状部材に対して相対的に移動させる駆動装置と、
    を備え、
    　前記駆動装置は、
    　前記芯部材を前記筒状部材に対して前記長手軸に沿う軸方向に相対的に移動させる第１の力を、強さおよび方向の少なくとも一方を時間経過に伴い変動させながら発生する第１動作、および
    　前記第１の力の強さおよび方向を一定に保ちながら、前記芯部材を前記筒状部材に対して前記長手軸周りの回動方向に相対的に移動させる第２の力を、強さおよび方向の少なくとも一方を時間経過に伴い変動させながら発生する第２動作、
    の一方または両方を実行することを特徴とする剛性可変装置。
  2. 　前記駆動装置は、第１の力を発生する１つのアクチュエータを備え、前記第１動作のみを実行可能であって、
    　前記第１の力は、前記芯部材または前記筒状部材の一方に対して前記軸方向に繰り返し加えられる衝撃荷重である
    ことを特徴とする請求項１に記載の剛性可変装置。
  3. 　前記駆動装置を制御する制御部を備え、
    　前記駆動装置は、第１の力を発生する１つのアクチュエータを備え、前記第１動作と、前記芯部材を前記筒状部材に対して前記軸方向に所定の一定の速度で相対的に移動させる第３の力を発生する第３動作と、を実行可能であって、
    　前記制御部は、前記第３動作の実行時に前記アクチュエータの負荷が閾値を超えたことを検知した場合に、前記第１動作を実行する
    ことを特徴とする請求項１に記載の剛性可変装置。
  4. 　前記駆動装置を制御する制御部を備え、
    　前記駆動装置は、前記芯部材を前記筒状部材に対して前記軸方向に所定の一定の速度で相対的に移動させる第３の力を発生する第１アクチュエータと、前記第２の力を発生する第２アクチュエータと、を備え、
    　前記制御部は、前記駆動装置が、前記第３の力を発生する第３動作を実行している際に、前記第１アクチュエータの負荷が閾値を超えたことを検知した場合に、前記第２動作を実行する
    ことを特徴とする請求項１に記載の剛性可変装置。
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