DE3852895T2

DE3852895T2 - Vorrichtung zum Biegen eines länglichen Körpers.

Info

Publication number: DE3852895T2
Application number: DE3852895T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Hayashi; Masahiko Kanda; Nao-Omi Maeda; Ichiro Sogawa; Koro Yotsuya
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-02-09
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2008-02-09
Also published as: EP0549569A2; US4904048A; EP0279316B1; US4969709A; DE3889681T2; DE3889681D1; EP0279316A2; EP0549569B1; EP0279316A3; EP0549569A3; CA1307177C; DE3852895D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Biegen eines länglichen Körpers und insbesondere einen Mechanismus zum Biegen eines länglichen Körpers, der zur Verwendung in einem Endoskop oder dergleichen geeignet ist.
Bisher ist eine Vielfalt von Endoskopen verfügbar gewesen, welche alle einen biegbaren länglichen Körperabschnitt zum Beobachten des Inneren verschiedener Organe, wie z. B. von Blutgefäßen, Leibeshöhlen und dergleichen enthalten. Verschiedene Mechanismen zum Biegen eines solchen länglichen Körpers werden nun betrachtet.
Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, enthält ein bekannter Mechanismus, welcher in der japanischen Gebrauchsmusterpublikation Nr. 13033/1974 offenbart ist, ein Biegerohr 62, das aus einer Vielzahl von Knotenringen 61, deren zentrale Abschnitte mit Auflagepunktabschnitten 60 ausgebildet sind, und die ein Segment aus Fasern 63 einschließen, und einer Mehrzahl von Drähten 64 zusammengesetzt ist, deren Enden an einem Knotenring 61 befestigt sind, welcher an dem vorderen Endabschnitt angeordnet ist, wobei die Drähte 64 durch andere Knotenringe 61 hindurchgeführt sind. Ein anderer bekannter Biegemechanismus, wie er in der offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. 25140/1983 beschrieben ist, ist aus einer Vielzahl von gegliederten Stücken, wobei formspeichernde Legierungen zwischen den gegliederten Stücken vorgesehen sind, und einer Heizeinrichtung zum Biegen der formspeichernden Legierungen in vorbestimmten Formen durch Heizen dieser mit einem zugeführten elektrischen Strom zusammengesetzt.
Medizinische Geräte, welche formspeichernde Legierungen zum Bewirken einer Verschiebung verwenden, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel offenbart die EP-A-0 061 783 eine indirekte Ultraschallheizung eines Betätigungselements, das aus einer formspeichernden Legierung hergestellt ist. Das Betätigungselement, hier in der Form einer Spule, ist innerhalb einer medizinischen Kapsel angeordnet, welche von dem Patienten zu schlucken ist. Das Betätigungselement sollte sich von einer Position zu einer anderen bewegen, um entweder Flüssigkeit aus der Kapsel auszudrücken oder den Empfang von Flüssigkeit als Daten zu ermöglichen. Die Ultraschallheizungseinrichtung ist extern am Patienten angebracht, um die Formspeicherungslegierung zu aktivieren.
Wenn jedoch die Aufgabe berücksichtigt wird, einen länglichen Körper zu biegen, an welchem direkt eine Einrichtung zum Heizen angebracht ist, kann in diesem Fall nur der oben erwähnte Mechanismus zum Biegen eines länglichen Körpers, welcher durch Manipulieren der Drähte und Heizen der formspeichernden Legierungen durch die Heizeinrichtung funktioniert, in Betracht gezogen werden. Das heißt, solche Mechanismen zum Biegen der Vielzahl von Knotenringen oder gegliederten Stücken. So kann der vordere Endabschnitt des länglichen Körpers um einen vorbestimmten Winkel gebogen werden, welcher die Beobachtung von gewünschten Abschnitten innerhalb eines Gefäßtrakts oder dergleichen ermöglicht.
Weil jedoch die erstere Art eines Mechanismus zum Biegen des länglichen Körpers eine Vielzahl von Knotenringen und Drähten enthält, welche für den Biegevorgang erforderlich sind, ist der Aufbau kompliziert. Es ist daher schwierig, den Durchmesser des länglichen Körpers zu verringern, was zu einer Begrenzung des beobachtbaren Durchmessers des Organs oder dergleichen führt. Folglich entsteht ein Problem, indem Geschwüre, Tumore oder dergleichen nicht in ihren frühen Stufen erkannt werden können. Das Ausmaß der Biegung des länglichen Körpers wird entsprechend dem Grad eingestellt, in welchem die Drähte bewegt werden, wenn verschiedene Organe beobachtet werden. Daher führt diese Einstellung zu Problemen, wobei der Biegevorgang des länglichen Körpers kompliziert wird, und es ist schwierig, den Körper in einem gewünschten Winkel mit hoher Genauigkeit zu biegen.
Der letzteren Art von Biegemechanismus haften Probleme an, die zusätzlich zu den dem ersteren Biegemechanismus innewohnenden Problemen auftreten, weil die Vielzahl von gegliederten Stücken vorzusehen ist. Speziell kann, da die Einrichtung zum Heizen der formspeichernden Legierung ein elektrisch betriebenes Heizsystem verwendet, wenn der längliche Körper als ein Endoskop verwendet wird, die Gefahr eines elektrischen Schlages auftreten. Die praktische Anwendung einer solchen Anordnung ist begrenzt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, welche in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme gemacht worden ist, einen Mechanismus zum Biegen eines länglichen Körpers bereitzustellen, wobei der Mechanismus einen einfachen Aufbau aufweist, was zu einem verringerten Durchmesser des länglichen Körpers führt, und bei welchem der längliche Körper genau in einem gewünschten Winkel durch einen einfachen Vorgang gebogen werden kann, und welche auch in einem weiten Anwendungsbereich ohne die Möglichkeit der Verursachung eines elektrischen Schocks verwendbar ist.
Um die oben genannte und andere Aufgaben zu lösen, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein verbesserter Mechanismus zum Biegen eines länglichen Körpers bereitgestellt, welcher eine Erregereinrichtung, ein Vibrationsteil, das mit der Erregereinrichtung verbunden ist, und verschiebbar in Kontakt in einem vorbestimmten Abschnitt innerhalb des länglichen Körpers angeordnet ist, und eine formspeichernde Legierung, die innerhalb eines Abschnitts des länglichen Körpers angeordnet ist, welcher einem Verschiebe-Kontaktabschnitt des Vibrationsteils entspricht, umfaßt.
In dem so konstruierten Mechanismus zum Biegen eines länglichen Körpers ist das Vibrationsteil verschiebbar in Kontakt in dem vorbestimmten Abschnitt innerhalb des länglichen Körpers angeordnet. Wenn das Vibrationsteil durch die Erregereinrichtung zur Vibration gebracht wird, erhöht der Verschiebungs-Kontaktabschnitt folglich seine Temperatur infolge der zwischen dem Vibrationsteil und dem länglichen Körper erzeugten Reibung. Die durch Reibung bewirkte Heiztemperatur kann durch Einstellen der Anregungsintensität der Erregereinrichtung eingestellt werden. Die formspeichernde Legierung ist in einem solchen Abschnitt des länglichen Körpers angeordnet, welcher dem Verschiebe-Kontaktabschnitt des Vibrationsteils entspricht, so daß die formspeichernde Legierung durch die dort erzeugte Reibungshitze aufgeheizt wird, wodurch sie sich gemäß einer vorher gespeicherten Konfiguration verbiegt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das einen herkömmlichen Mechanismus zum Biegen eines länglichen Körpers zeigt;
Fig. 2 ist eine vergrößerte schematische Schnittansicht eines Hauptteils eines Mechanismus zum Biegen eines länglichen Körpers, der in einem Fiberscope verwendet ist;
Fig. 3 ist eine Endseitenansicht im wesentlichen entlang einer Linie XXV-XXV in Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht im wesentlichen entlang einer Linie XXVI-XXVI in Fig. 2; und
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm, das einen Mechanismus zum Biegen des länglichen Körpers von Fig. 2 erläutert.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
In Fig. 2 ist eine schematische vergrößerte Schnittansicht eines Hauptteils eines Fiberscope dargestellt, welches einen Biegemechanismus zum Biegen eines länglichen Körpers verwendet, welcher entsprechend der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Fig. 3 ist eine Endseitenansicht im wesentlichen entlang der Linie XXV-XXV in Fig. 2. Fig. 4 ist eine Schnittansicht im wesentlichen entlang einer Linie XXVI-XXVI in Fig. 2. Fig. 5 ist ein begriffliches Diagramm eines Hauptteils, welches einen Betriebszustand des in Fig. 2 gezeigten länglichen Körpers erläutert.
Ein länglicher Körper 301 ist aus einem Detektorteil D, der an der Spitze des länglichen Körpers 301 gebildet ist, und einem Biegeteil B, der einen Biegemechanismus enthält, welcher in Fortsetzung des Detektorteils D vorgesehen ist, zusammengesetzt. Eingebettet in den länglichen Körper 301 sind Lichtführungen 302 zum Beleuchten eines zu beobachtenden Abschnitts, eine Linsenhülle 303, die Objektivmikrolinsen 304 an ihrer Spitze angeordnet enthält, und ein Segment einer Abbildungsfaser 305, welches in Fortsetzung zu den Objektivmikrolinsen 304 vorgesehen ist, zum Leiten des von den Lichtführungen 302 abgegebenen und von dem zu beobachtenden Abschnitt reflektierten Lichts. Diese Komponenten sind kombiniert, um den vorangehenden Detektorteil D zu bilden.
Entsprechend der Erfindung ist ein an eine Erregungseinrichtung 306 angeschlossenes lineares Vibrationsteil 307 im Gleitkontakt mit einem vorbestimmten Abschnitt innerhalb des länglichen Körpers 301 angeordnet. Genauer ist der längliche Körper 301 mit einem hohlen Abschnitt 308 ausgebildet, welcher zu dem Biegeteil B führt. Das Vibrationsteil 307 ist in diesen hohlen Abschnitt 308 eingesetzt. Das Vibrationsteils 307 ist verschiebbar im Kontakt in einem Abschnitt innerhalb des hohlen Abschnitts 308 angeordnet, der dem Biegeteil B entspricht. Bei Anregen durch die Erregungseinrichtung 306 vibriert das Vibrationsteil 307, um Reibung mit einer Wand des hohlen Abschnitts 308 zu erzeugen, welche dem Biegeteil B entspricht, mit dem Ergebnis, daß der Biegeteil B Wärme wegen der so erzeugten Reibungshitze abgibt. In diesem Beispiel ist die innere Wand des hohlen Abschnitts 308 außerhalb des Biegeteils B glatt aus einem Material gebildet, welches einen kleinen Reibungswiderstand aufweist, um die Emission von Hitze in anderen Abschnitten als dem Biegeteil B zu minimieren.
Um den länglichen Körper 301 in eine vorbestimmte Form mit Hilfe der Reibungshitze zu biegen, ist eine formspeichernde Legierung 309 mit einer linearen Konfiguration und einer voreingestellten Umformungstemperatur in einem solchen Abschnitt innerhalb des länglichen Körpers 301 angeordnet, welcher dem Biegeteil B entspricht, mit welchem das Vibrationsteil 307 im Gleitkontakt ist.
Zum Zwecke der Verbesserung des Ausmaßes der Wärmeemission infolge der Reibung zwischen dem Vibrationsteil 307 und der Innenwand des hohlen Abschnitts 308 in dem Biegeteil B ist es vorzuziehen, daß eine innere Oberfläche des hohlen Abschnitts 308 rauh ausgebildet oder ein Reibungsteil in dem hohlen Abschnitt 308 vorgesehen ist.
Der längliche Körper 301 außerhalb des Biegungsteil B oder wenigstens die Innenwand des hohlen Abschnitts 308 ist aus einem Material gebildet, das einen geringen Reibungswiderstand aufweist. Geeignete Materialien enthalten Fluorinreihenpolymere, wie z. B. Polytetrafluorethylen und Polyhexafluorpropylen und Silikonharz. Alternativ kann die innere Oberfläche des hohlen Abschnitts 308 mit einem Fluorinreihenöl oder Silikonreihenöl beschichtet sein, welches zu einer Reduktion des Reibungswiderstandes beiträgt.
Das Vibrationsteil 308 kann aus linearen Teilen konstruiert sein, welche aus verschiedenen Materialien gebildet sind, z. B. Metall. Der Abschnitt des Vibrationsteils 307, welcher dem Biegeteil B entspricht, ist vorzugsweise mit sehr geringer Rauhigkeit ausgebildet.
Der Biegemechanismus mit dem oben beschriebenen Aufbau ist derart angeordnet, daß das Vibrationsteil 307, das mit der Erregereinrichtung 306 verbunden ist, gleitend im Kontakt in dem hohlen Abschnitt 308 in einer Position angeordnet ist, die dem Biegeteil B des länglichen Körpers 301 entspricht, und die formspeichernde Legierung 309 ist innerhalb des Biegeteils B des länglichen Körpers 301 vorgesehen. Wenn in dieser Anordnung das Vibrationsteil 307 durch die Erregereinrichtung 306 angeregt wird, vibriert das Vibrationsteil 307 in dem hohlen Abschnitt 308, was zur Erzeugung von Reibung mit der Wand des hohlen Abschnitts 308 führt. Diese Reibung erzeugt Wärme, durch welche die formspeichernde Legierung 309 aufgeheizt wird.
Daher besteht anders als bei dem herkömmlichen Biegemechanismus nicht die Notwendigkeit, die Vielzahl von Knotenringen und die für den Biegevorgang verwendeten Drähten vorzusehen, was zu einem vereinfachten Aufbau und zu einer Reduktion des Durchmessers des länglichen Körpers führt. So ist es möglich, für den länglichen Körper einen extrem kleinen Außendurchmesser von 2 mm oder weniger zu erreichen.
Weil die formspeichernde Legierung 309 mit Reibungshitze aufgeheizt wird, besteht keine Gefahr zur Verursachung eines elektrischen Schocks. Daher ist das die Erfindung verwendende Endoskop sehr sicher.
Der Biegeteil B kann in irgendeiner gewünschten Position entlang des länglichen Körpers 301 ausgebildet werden. Es ist jedoch vorzuziehen, daß der Biegeteil B an der Spitze des länglichen Körpers 301 vorgesehen wird, um das Beobachten des gewünschten Organabschnitts zu erleichtern.
In dem hohlen Abschnitt des Biegeteils B kann der Abstand zwischen dem Vibrationsteil 307 und dem hohlen Abschnitt 308 verschieden in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen der Anregungsintensität durch die Erregereinrichtung 306 und der gewünschten Heiztemperatur eingestellt werden. In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erhöht sich die Heiztemperatur in dem Biegeteil B. Wärme kann jedoch über den gesamten hohlen Abschnitt 308 des länglichen Körpers 301 durch Bilden eines teilweise hohlen Abschnitts entsprechend dem Biegeteil B und des Rests in der gleichen Weise ohne Aufrauhen der inneren Oberfläche des hohlen Abschnitts 308 entsprechend dem Biegeteil B erzeugt werden. In diesem Fall wird die Umformungstemperatur der formspeichernden Legierung 309 auf einen von der Anwendung abhängigen erlaubten Wert eingestellt. Zum Beispiel wird, wo die Erfindung wie in dem vorangehenden Fall bei einem Endoskop angewendet wird, die Umformungstemperatur auf einen Wert etwas höher als die Temperatur im Körper inneren eingestellt. Im Ergebnis kann der längliche Körper 301 durch den Biegungsteil B gebogen werden, welcher die formspeichernde Legierung in einem solchen Zustand enthält, daß die Heiztemperatur in dem hohlen Abschnitt außerhalb des Biegeteils B gering gehalten wird.
Die formspeichernde Legierung 309 ist nicht auf lineare Legierungen beschränkt und kann sowohl in der Größe als auch im Aufbau modifiziert sein. Die formspeichernde Legierung 309 kann irgendeine aus einer großen Vielfalt von bekannten Materialien sein, wie z. B. eine NiTi-Legierung, die 50 bis 60 Gewichtsprozent Ni und 40 bis 50 Gewichtsprozent Ti enthält, eine NiTi-Serienlegierung, eine NiAl-Legierung, eine CuAlNi-Legierung, eine CuSn-Legierung und eine CuZn-Legierung, in welcher Ni oder Ti teilweise durch Elemente, wie z. B. Al, Cu, V, Zr, Cr, Mo, Fe und Co ersetzt ist, sein.
Die formspeichernde Legierung 309 kann dem hohlen Abschnitt 308 ausgesetzt werden, so daß sie dem Vibrationsteil 307 gegenüberliegt.
Die formspeichernde Legierung 309 kann vorher eine Konfiguration speichern, die den gleichen oder anderen Biegungswinkel oder Biegungsgrad in bezug auf eine Vielzahl von jeweiligen Abschnitten in der Längsrichtung aufweist. Wo eine Vielzahl von formspeichernden Legierungen, welche unterschiedliche Umformungswinkel aufweisen und die gleiche oder unterschiedliche Konfigurationen vorher speichern, innerhalb des Biegungsteils B des länglichen Körpers 301 vorgesehen ist, kann die Heiztemperatur durch Variieren der Anregungsintensität der Erregereinrichtung 306 eingestellt werden. Daher können die Biegeabschnitte und die Biegekonfigurationen der formspeichernden Legierungen leicht ausgewählt werden.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der längliche Körper 301 dazu vorgesehen, in einer Richtung unter Verwendung eines einzigen Segments einer formspeichernden Legierung 309 gebogen zu werden. Es können jedoch eine Vielzahl von Vibrationsteilen und eine Mehrzahl von formspeichernden Legierungen 309 in dem länglichen Körper 301 in der gleichen Weise, wie oben beschrieben ist, vorgesehen werden, um eine Biegung des länglichen Körpers in vielen Richtungen zu bewirken. Spezieller kann z. B., wenn vier Segmente von Vibrationsteilen 307 und auch vier Segmente von formspeichernden Legierungen verwendet werden, das Vibrationsteil 207 innerhalb des länglichen Körpers 301 in einem Zustand angeordnet werden, in dem ein Paar von einander gegenüberliegenden Vibrationsteilen 307 diagonal zu einem anderen Paar von Vibrationsteilen 307 angeordnet ist. Die formspeichernden Legierungen 309 sind in dem Verschiebungs-Kontaktabschnitten des jeweiligen Vibrationsteils 307 vorgesehen. Durch selektives Anregen der vier Segmente von Vibrationsteilen 307 kann der längliche Körper 301 wahlweise in vier Richtungen gebogen werden.
Das primäre Erfordernis für die Erregereinrichtung 306 besteht natürlich darin, das Vibrationsteil 307 zum Vibrieren zu bringen. Zu diesem Zweck kann die Erregereinrichtung 306 durch einen Ultraschallerreger gebildet sein, um effizient das Vibrationsteil 307 anzuregen und die Steuerung der Heiztemperatur des Biegungsteils (B) zu erleichtern. Das anregende Element der Ultraschallerregereinrichtung kann durch verschiedene bekannte konventionelle Elemente gebildet sein, wie z. B. einen piezoelektrischen Kristallschwinger, einen elektrostriktiven Schwinger, der aus BaTiO&sub3; hergestellt ist, einen magnetostriktiven Schwinger usw.
Der Mechanismus zum Biegen des länglichen Körpers weist einen einfachen Aufbau auf, und es ist möglich, daß ein verringerter Durchmesser des länglichen Körpers und eine Führungsbiegung der gewünschten Abschnitte des länglichen Körpers in vorbestimmten Winkeln oder einem vorbestimmten Biegungsgrad erreicht wird.
Wie oben dargelegt, ist in dem Mechanismus zum Biegen eines länglichen Körpers entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Vibrationsteil verschiebbar im Kontakt mit einem vorbestimmten Abschnitt innerhalb des länglichen Körpers vorgesehen. Daher kann, wenn das Vibrationsteil durch die Erregereinrichtung zum Schwingen gebracht wird, die Temperatur des Gleitkontaktabschnitts infolge der Reibungswärme erhöht werden. Die Heizungstemperatur infolge solcher Reibungserwärmung kann durch Einstellen der Anregungsintensität durch die Erregereinrichtung gesteuert werden. Die formspeichernde Legierung ist innerhalb eines Abschnitts innerhalb des länglichen Körpers angeordnet, der dem Gleitkontaktabschnitt des Vibrationsteils entspricht. Folglich wird die formspeichernde Legierung durch Reibungshitze aufgeheizt und die Legierung kann sich dadurch in die vorher gespeicherte Form verbiegen. Es ist daher möglich, den länglichen Körper zurückzubiegen und vorbestimmte Formen durch einen einfachen Vorgang mit hoher Genauigkeit wieder herzustellen. Weil keine Knotenringe und Drähte erforderlich sind, ist die Gesamtstruktur vereinfacht und der Durchmesser des länglichen Körpers kann reduziert werden. Da die Heizung der formspeichernden Legierung nur die Verwendung von Reibungshitze beinhaltet, besteht nicht die Gefahr eines elektrischen Schocks, was einen sehr sicheren Betrieb ermöglicht.

Claims

1. Eine Vorrichtung zum Biegen eines länglichen Körpers (301), welcher eine formspeichernde Legierung (309) und eine Heizeinrichtung zum Heizen der Legierung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung umfaßt:

einen Erreger (306), ein Vibrationsteil (307), das mit dem Erreger verbunden und verschiebbar im Kontakt in einem vorbestimmten Abschnitt innerhalb des länglichen Körpers (301) angeordnet ist, und wenigstens ein Segment der formspeichernden Legierung (309), das in einem Abschnitt des länglichen Körpers angeordnet ist, der dem Verschiebekontaktabschnitt des Vibrationsteils entspricht.

2. Eine Vorrichtung zum Biegen eines länglichen Körpers nach Anspruch 1, wobei der Erreger einen Ultraschallerreger umfaßt.

3. Die Vorrichtung zum Biegen eines länglichen Körpers nach Anspruch 1, wobei der längliche Körper einen Teil eines eine Abbildungsfaser enthaltenden Endoskops umfaßt.