JP2000262464A - 多方向屈曲機構及び首振り構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内視鏡などの長尺体を多方向に屈曲させる場
合において、いずれの方向にも容易に屈曲させることが
できるとともに、長尺体の可撓性を損なうことなく、細
径化に好適な多方向屈曲機構を提供すること。 【解決手段】 内視鏡本体１上に配置されたバイアスコ
イルばね２と、該バイアスコイルばね２の外周に１２０
°間隔で並行配置される３本の形状記憶合金コイルばね
３と、前記バイアスコイルばね２の長手方向に所定間隔
を置いて固定され、且つ前記形状記憶合金コイルばね３
との固定部を有する節輪４とで構成されている。前記バ
イアスコイルばね２が密巻状態にあるときに、該バイア
スコイルばね２と３本の形状記憶合金コイルばね２とが
拮抗状態を呈するよう構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、屈曲部を有する長
尺体を多方向へ屈曲させ得る多方向屈曲機構及びこれを
用いた首振り構造体に関し、特に内視鏡など、細径の長
尺体に好適に用い得る多方向屈曲機構に関するものであ
る。

【０００２】

【発明の背景】屈曲機構の用途の一つとして、例えば、
内視鏡の先端部を多方向に湾曲可能としてなる首振り内
視鏡が挙げられる。従来、首振り内視鏡に用いられる屈
曲機構としては、内視鏡の挿入部先端側に一端を固着
し、他端を手元側の操作部に固着した牽引ワイヤを、操
作部に設けられた操作ノブを操作することにより、前記
牽引ワイヤを直接牽引し所望の方向に内視鏡先端を屈曲
させるものがある。しかしながら、このような首振り内
視鏡では操作に高度な熟練が要求されるため、理想的な
方法ということはできない。

【０００３】そこでこのような方法に代替するものとし
て、例えば特開平４−２２７２２３号公報には、内視鏡
の操作部まで延びている牽引ワイヤの一端を、形状記憶
合金コイルからなるアクチュエータに接続し、該アクチ
ュエータを駆動させることで牽引ワイヤを牽引し、内視
鏡先端を首振りさせる屈曲機構が提案されている。しか
しながら、当該屈曲機構によれば、内視鏡の挿入部の長
さが長い場合や、内視鏡を挿入する管路が複雑に曲がっ
ている場合などは、牽引ワイヤの摩擦や伸びなどによ
り、アクチュエータを駆動させても内視鏡が首振り動作
しないか、あるいは、首振り動作させるための大きな駆
動力を得るために装置が大型化するなどの問題がある。

【０００４】形状記憶合金コイルからなるアクチュエー
タを用いた首振り内視鏡の他の例として、金属製のコイ
ルばねと形状記憶合金コイルアクチュエータを屈曲部に
配置した方式が提案されている。形状記憶合金コイルア
クチュエータは、動作パワーの発生力を大きくする場合
には取り付け時のひずみを大きくしなければならない
が、この場合には取り付け時に生ずる形状回復力により
屈曲部が座屈するといった問題がある。この問題を解決
するために金属製のコイルばねをバイアスばねとして用
いて形状回復力と拮抗させる方式が用いられている。

【０００５】しかしながら、通常の金属製のバイアスば
ねに比べて形状記憶合金コイルアクチュエータは弾性変
形範囲が広いので、拮抗させるためには金属製コイルば
ねの線径を大きくする必要があるが、この方法はサイズ
アップを伴うため細径化には適さない。また他の問題点
として、上記の構造においては金属製のコイルばねのピ
ッチが線径よりも大きいために、加熱により形状記憶合
金コイルアクチュエータを駆動させた際に、曲げ方向へ
の力の他に屈曲部を圧縮する方向の力が作用してしま
い、曲げ方向の力が損失を受けるという不都合がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、内視
鏡などの長尺体を多方向に屈曲させる場合において、い
ずれの方向にも容易に屈曲させることができるととも
に、長尺体の可撓性を損なうことなく、細径化に好適で
あり、さらには複数の屈曲部を配置することが可能な多
方向屈曲機構を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の多方向屈曲機構
は、中心軸位置に配置されたバイアスコイルばねと、該
バイアスコイルばねの外周に並行配置される複数本の形
状記憶合金コイルばねと、前記バイアスコイルばねの長
手方向に所定間隔を置いて固定され、且つ前記形状記憶
合金コイルばねとの固定部を有する節輪とを具備してな
り、前記バイアスコイルが密巻状態にあるときに、該バ
イアスコイルばねと前記複数本の形状記憶合金コイルば
ねとが拮抗状態を呈するよう構成されていることを特徴
とするものである。

【０００８】また、本発明の首振り構造体は、例えば先
端屈曲部を備えた内視鏡のように、部分的な屈曲部を有
する長尺体にあって、上記の多方向屈曲機構を前記屈曲
部に組み込んだことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】このように構成された多方向屈曲機構は、例え
ば、形状記憶合金コイルばねが収縮状態を記憶されたも
のであるとして、複数の形状記憶合金コイルのうちの１
本を加熱すると該コイルが収縮し、このコイルが固定さ
れている節輪間は互いに接近する方向に移動することに
なる。その結果、所望の方向に屈曲する。この場合にお
いて、本発明ではバイアスコイルが密巻状態にあるとき
に、該バイアスコイルばねと前記複数本の形状記憶合金
コイルばねとが拮抗状態を呈するよう構成されているの
で、形状記憶合金コイルばねを駆動した際に、バイアス
コイルが密巻状態であるため屈曲部を圧縮する方向の力
が作用せず、而して曲げ方向への力のみが加わり動作パ
ワーの発生力を有効に利用することができる。

【００１０】

【発明の実施の態様】以下図面に基いて、本発明の実施
態様につき詳細に説明する。図１は本発明の多方向屈曲
機構を適用した多方向首振り内視鏡を示した斜視図であ
る。図にしたがって説明すると、内視鏡本体１は先端側
に屈曲部１０を有しており、該屈曲部１０の中心軸位置
にバイアスコイルばね２が取り付けられ、その内部に内
視鏡本体１が収納された態様で配置されている。バイア
スコイルばね２は圧縮コイルばねであり、圧縮した状態
で屈曲部１０に固定される。また４は節輪であり、この
バイアスコイルばね２に対し、その長手方向に一定間隔
を置いて複数枚取り付けられている。

【００１１】さらに、バイアスコイルばね２の周囲に
は、首振り駆動を行なわせるためのアクチュエータとな
る形状記憶合金コイルばね３が、内視鏡本体１０の中心
軸に対して１２０度おきに配置されている。 形状記憶
合金コイルばね３からなるアクチュエータは、それぞれ
前記の節輪４の周縁部分に固定されており、これにより
バイアスコイルばね２と複数の形状記憶合金コイルばね
３とが有機的に連動出来るようになされている。

【００１２】各形状記憶合金コイルばね３は、密巻形状
を記憶しており、それを伸長した状態にして取り付けら
れている。またこれらコイルばね３は、リード線２５に
それぞれ接続されており、図示省略の通電手段にて加熱
するにより密巻状態に形状回復する動作を行なうことが
可能とされている。 なお、上記した多方向屈曲機構並
びに内視鏡本体１は、外皮５の中に収納されている。

【００１３】本発明にあっては、バイアスコイルばね２
が密巻状態にあるときに、バイアスコイルばね２と複数
の形状記憶合金コイルばね３とが拮抗するように組付け
られるところに特徴がある。すなわち、上記の実施態様
で例示すると、密巻状態にあるバイアスコイルばね２の
力と、これに節輪４を介して連結された伸長状態にある
複数の形状記憶合金コイルばね３の力とが均衡し、通常
時は屈曲部１０が直立状態を維持できるよう各ばね力が
調整されているのである。そして屈曲時は、意図する首
振り方向に位置する形状記憶合金コイルばね３を通電加
熱して形状回復させることで、所望の方向へ首振りさせ
るものである。図２は首振りした状態を示している。

【００１４】前記バイアスコイルばね２は、室温におけ
る形状記憶合金コイルばね３の形状回復力と拮抗可能な
ものであればその材質は問わず各種の金属ばねが適用可
能であるが、細径化のためには形状記憶合金の超弾性効
果を利用したバイアスコイルばねが好ましい。細径化の
ためにはバイアスばねの線径を小さくする必要がある
が、線径を小さくするだけではばね定数が小さくなり形
状記憶合金コイルばね３と拮抗することができなくな
る。線径を小さくしたバイアスばねが形状記憶合金コイ
ルばね３と拮抗するためには、バイアスばねのせん断ひ
ずみを大きくする必要があるが、通常の金属ばねはその
弾性変形範囲が小さいためにせん断ひずみを大きくする
と塑性変形が生じ、ばねとして用いることは不可能であ
る。これに対して超弾性コイルばねはその弾性変形範囲
が広いために大きなせん断ひずみを与えてもばねとして
用いることができる。

【００１５】なお、形状記憶合金バイアスばねの変態温
度は、形状記憶合金コイルばね３の変態温度以下のもの
とすれば良く、特に室温以下であることが好ましい。こ
のようにして、変態温度が異なる２種類の形状記憶合金
コイルの、変態温度が低い方(バイアスばね)の超弾性に
よる応力と、変態温度が高い方の弾性による応力とを拮
抗させることが好ましい実施態様である。変態温度が異
なる２種類の形状記憶合金コイルは、例えばＴｉ−Ｎｉ
合金を用いる場合はＮｉの組成比が異なるものを用い
る、あるいは形状記憶熱処理条件を異ならせたものを用
いる等の方法で準備することが出来る。

【００１６】多方向の屈曲を可能とするために、形状記
憶合金コイルばね３は複数本バイアスコイルばねの周囲
に配置される。上記の実施態様では、バイアスコイルば
ね２の中心軸に対して１２０度おきに形状記憶合金コイ
ルばね３を配置した例を示したが、より多方向に屈曲可
能とする場合には、角度を密にして多数本配置すればよ
い。

【００１７】

【実施例１】以下具体的な実施例につき説明する。本実
施例では、本発明の多方向屈曲機構を多方向首振り内視
鏡に適用した例を示すものとする。図１に基いて詳述す
ると、内視鏡本体１は先端側に屈曲部１０を有してお
り、該屈曲部１０の中心に超弾性コイルからなるバイア
スコイルばね２を取り付けた。その内部に外径０．８ｍ
ｍの内視鏡本体１を挿通する形で配置した。超弾性コイ
ルばねは圧縮コイルばねであり、圧縮した状態で屈曲部
１０に固定した。超弾性コイルばね２は、変態温度１０
℃（Ａｆ点）、線径０．２ｍｍ、コイル外径１．４ｍ
ｍ、ピッチ１．２ｍｍ、巻き数２５のものを、５ｍｍに
圧縮した状態で５本用いて長手方向に並べて取り付け
た。

【００１８】超弾性コイルばね２の周囲には、駆動部と
なる形状記憶合金コイルばね３からなるアクチュエータ
を、内視鏡本体１の中心軸に対して１２０度おきに配置
した。 本実施例では駆動部としてそれぞれ１本の形状
記憶合金コイルばね３を先端部で折り返したものを３カ
所に取り付けた。この形状記憶合金コイルばね３として
は、変態温度６５℃（Ａｆ点）、線径０．１ｍｍ、コイ
ル外径０．３ｍｍ、ピッチ０．１ｍｍ、巻き数２０、自
然長２０ｍｍ（取り付け部は除く）のものを２７．５ｍ
ｍに引き伸ばして固定した。超弾性コイルばね２および
形状記憶合金コイルばね３は、長手方向に間隔を置いて
設けられる節輪４に固定した。

【００１９】超弾性コイルばね２は、室温において形状
記憶合金コイルばね３と拮抗した際に密着巻き状態とな
るように両者のサイズを選択した。節輪４は、厚さ０．
４ｍｍのポリアミドイミドシートをエキシマレーザ加工
により作製したものを用い、外径は２．７５ｍｍとし
た。駆動部に用いられている各形状記憶合金コイル３に
はリード線２５がそれぞれ接続されており、通電加熱に
より形状回復動作を行なうことが可能とした。この構造
体の外周に、外径３ｍｍの外皮を取り付けることによ
り、多方向屈曲機構を有する内視鏡を作成した。

【００２０】上記で得た内視鏡の屈曲機構を動作させた
結果、１本の形状記憶合金コイルばね３に対して１００
ｍＡの電流を加えた結果、そのばねの位置する方向に３
０度の首振り動作が可能であった。

【００２１】なお、上記実施例で示したような屈曲機構
を、内視鏡の２個所以上のポイントに配置すれば、その
長手方向の多ポイントに変曲点が設置できるので、より
複雑な挿入対象に適用可能となる。また、当該屈曲機構
を２組以上直列に配置することにより、首振り角度を増
加させたり、所定の首振り角度内でさらに任意の形状に
先端部を屈曲動作させることも可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明した通りの本発明の多方向屈曲
機構及び首振り構造体によれば、屈曲部内に形状記憶合
金コイルばねからなるアクチュエータを配置したことに
より、牽引ワイヤを用いる必要がなくなり、その結果牽
引ワイヤと他の機構部との摩擦による力の損失の恐れが
なくなり、屈曲のためのアクチュエータの小型化及び首
振り角度の向上を図ることが出来る。

【００２３】またバイアスコイルばねが密着巻き状態に
あるときに形状記憶合金コイルばねと拮抗するようにし
ているので、屈曲動作時に圧縮方向への力の損失を防
ぎ、曲げ方向のみへ効果的に発生力を用いることができ
る。従って、小型化したのに拘わらず大きな首振り角度
を得ることができ、内視鏡等に組み込んだ場合に該内視
鏡の機能性を向上させることが出来るという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多方向屈曲機構を用いた首振り内視鏡
の斜視図である。

【図２】図１の内視鏡の屈曲状態を示した斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 内視鏡本体 １０ 屈曲部 ２ バイスコイルばね ２５ 電流リード ３ 形状記憶コイルばね ４ 節輪 ５ 外皮

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心軸位置に配置されたバイアスコイル
   ばねと、該バイアスコイルばねの外周に並行配置される
   複数本の形状記憶合金コイルばねと、前記バイアスコイ
   ルばねの長手方向に所定間隔を置いて固定され、且つ前
   記形状記憶合金コイルばねとの固定部を有する節輪とを
   具備してなり、前記バイアスコイルが密巻状態にあると
   きに、該バイアスコイルばねと前記複数本の形状記憶合
   金コイルばねとが拮抗状態を呈するよう構成されている
   ことを特徴とする多方向屈曲機構。
2. 【請求項２】 部分的な屈曲部を有する長尺体であっ
   て、前記屈曲部に、請求項１に記載の多方向屈曲機構を
   組み込んだことを特徴とする首振り構造体。