JP2004330354A

JP2004330354A - ３次元マイクロマニピュレータ

Info

Publication number: JP2004330354A
Application number: JP2003129239A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Ishida; 裕樹石田; Keisuke Murakami; 圭祐村上
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】モータを使用することなく、可撓性チューブの先端を自在且つ正確に湾曲制御することが可能な、３次元マイクロマニピュレータを提供すること。
【解決手段】複数の碁石形状部品（１２）〜（２０）を隣接配置した構造を有しており、前記複数の碁石形状部品のそれぞれに、等角度間隔に少なくとも３つの貫通孔（１２ａ）〜（１２ｆ）を穿孔し、前記貫通孔に挿入した少なくとも３本の形状記憶合金製ワイヤ（２２），（２４），（２６）により、前記複数の碁石形状部品を繋ぎ止め、前記形状記憶合金製ワイヤの少なくとも１本に通電することにより、該形状記憶合金製ワイヤを発熱させ、その結果、該形状記憶合金製ワイヤを収縮させる構造をしている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の技術分野】
本発明は、内視鏡等の医療機器や半導体等の超精密加工用治具として使用される３次元マイクロマニピュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内視鏡等の医療機器や半導体等の超精密加工用治具として使用される３次元マイクロマニピュレータとしては、可撓性チューブの中に、細い湾曲操作用ワイヤを挿通し、このワイヤの先端を可撓性チューブの先端に固定する一方、このワイヤの他端を手元側操作部に設置した湾曲操作機構のプーリ等に連結し、操作ノブの手操作に伴い、牽引用モータ等の駆動装置で湾曲操作用ワイヤを牽引することにより、可撓性チューブの先端を所望の方向へ湾曲させるものが知られていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２６７０９５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の３次元マイクロマニピュレータでは、湾曲操作用ワイヤの数だけ、牽引用モータを必要とし、装置の小型化のための障害になっていた。また、湾曲操作用ワイヤが可撓性チューブの中を移動することによって、湾曲操作用ワイヤの牽引量と可撓性チューブの湾曲量との関係が一定しないため、可撓性チューブの湾曲に対する正確な制御が困難であった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、モータを使用することなく、可撓性チューブの先端を自在且つ正確に湾曲制御することが可能な、３次元マイクロマニピュレータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る３次元マイクロマニピュレータは、複数の碁石形状部品を隣接配置した構造を有しており、前記複数の碁石形状部品のそれぞれに、等角度間隔に少なくとも３つの貫通孔を穿孔し、前記貫通孔に挿入した少なくとも３本の形状記憶合金製ワイヤにより、前記複数の碁石形状部品を繋ぎ止め、前記形状記憶合金製ワイヤの少なくとも１本に通電することにより、該形状記憶合金製ワイヤを発熱させ、その結果、該形状記憶合金製ワイヤを収縮させる構造をしている。
【０００７】
また、請求項２に係る３次元マイクロマニピュレータは、請求項１に係る３次元マイクロマニピュレータの構成に加えて、隣接配置した複数の碁石形状部品の先端に、物品を挟持する鋏部材を有し、前記鋏部材は、一部に形状記憶合金製部材を有し、当該形状記憶合金製部材に通電することにより、当該形状記憶合金製部材が発熱し、その結果、当該形状記憶合金製部材が変形することにより、前記鋏部材の挟持動作が行われる構造をしている。
【０００８】
なお、本発明に使用される形状記憶合金の材質としては、特に限定されるものではないが、形状記憶特性（繰り返し性能・繰り返し寿命）が良く、耐食性にも優れているＴｉとＮｉが１：１の割合であるＴｉＮｉ合金製の形状記憶合金が好適に使用される。
【０００９】
【作用】
請求項１に係る３次元マイクロマニピュレータによれば、複数の碁石形状部品を隣接配置した構造を有しており、前記複数の碁石形状部品のそれぞれに、等角度間隔に少なくとも３つの貫通孔を穿孔し、前記貫通孔に挿入した少なくとも３本の形状記憶合金製ワイヤにより、前記複数の碁石形状部品を繋ぎ止めた構造をしているため、形状記憶合金製ワイヤの少なくとも１本に通電することにより、該形状記憶合金製ワイヤが発熱し、その結果、該形状記憶合金製ワイヤが収縮する。その際、各形状記憶合金製ワイヤの位置関係が、碁石形状部品によって保たれるため、形状記憶合金製ワイヤの収縮量と３次元マイクロマニピュレータの屈曲量との関係が一定に保持される。また、通電量を変えることで、形状記憶合金の発熱量を制御でき、その結果、収縮量を正確に制御することが可能になる。
【００１０】
また、請求項２に係る３次元マイクロマニピュレータによれば、請求項１に係る３次元マイクロマニピュレータの作用に加えて、隣接配置した前記複数の碁石形状部品の先端に、物品を挟持する鋏部材を有し、前記鋏部材は、一部に形状記憶合金製部材を有する構造をしているため、形状記憶合金製部材に通電することにより、当該形状記憶合金製部材が発熱し、その結果、当該形状記憶合金製部材が変形することにより、前記鋏部材が挟持動作を行う。
【００１１】
【発明の実施態様】
本発明の３次元マイクロマニピュレータについて図面を参照しつつ詳細に説明する。図１乃至図３は本発明に係る３次元マイクロマニピュレータの実施の態様を示したものである。図１（ａ）は、側面図を、図１（ｂ）は、（ａ）に示した３次元マイクロマニピュレータを先端方向から見たときの正面図である。図２は、湾曲動作をさせたときの側面図であり、図３は、鋏部材が把持動作をしたときの側面図である。
【００１２】
図１乃至図３に示した３次元マイクロマニピュレータは、５つの碁石状部品（１２），（１４），（１６），（１８），（２０）が隣接配置された構造を有している。これらの碁石状部品は、それぞれ、２つずつを組とした貫通孔（１２ａ）〜（１２ｆ）が、等角度間隔で３組穿孔されている。３次元の動きを実現するためには、最低３組の貫通孔が必要であるが、３組に限定されることはなく、４組以上の貫通孔を設けることによって、マニピュレータ動作に冗長性を持たせることが可能である。
【００１３】
この２つずつの貫通孔に、それぞれ１本の形状記憶合金製ワイヤ（２２），（２４），（２６）が挿入されており、５つの碁石状部品を繋いでいる。形状記憶合金製ワイヤは、ばね状に形成し、その形状を記憶させたものを延ばして使用している。このようにすることにより、熱を加えることにより、再び収縮させることが可能になる。形状記憶合金製ワイヤに熱を加えるには、通電してジュール熱を発生させることにより簡単に実施することが可能である。
【００１４】
また、３次元マイクロマニピュレータを構成する５つの碁石状部品の先端の碁石状部品（１２）には、物品を把持するための鋏部材（３０）が設置されている。この鋏部材（３０）は、２つの鋏片（３２），（３４）とこれらの鋏片間に掛けられた形状記憶合金製部材（３６）から構成されている。形状記憶合金製部材は、ばね状に形成し、その形状を記憶させたものを延ばして使用している。このようにすることにより、熱を加えることにより、再び収縮させることができ、２つの鋏片による把持動作が可能になる。形状記憶合金製部材に熱を加えるには、通電してジュール熱を発生させることにより簡単に実施することが可能である。
【００１５】
なお、上述した例では、５つの碁石状部品の先端の碁石状部品（１２）には、物品を把持するための鋏部材（３０）を設置したが、鋏部材の他にもドリル等の回転式ツールや、メス等のカッターツールを設置することも可能である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明に係る装置は、上記の構造とすることにより下記のような本発明に特有の効果を奏する。
（１）屈曲部は、碁石状部品のなめらかな曲面同士の接触により構成されているので、非常に簡単な構成であり、なめらかな動きが実現できる。
（２）屈曲部に、過度な負荷が加わるような関節部材が存在しないため、摩耗粉等の発生がなく、騒音の発生もなく、装置の長寿命化を図ることができる。
（３）モータを必要としないので、装置の小型化が図られる。
なお、本発明の３次元マイクロマニピュレータは、内視鏡等の医療機器や半導体等の超精密加工用治具以外にも、液体や気体の輸送管内部の検査装置用マニピュレータとしても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、（ａ）が、本発明に係る３次元マイクロマニピュレータの側面図であり、（ｂ）が、先端方向から見たときの正面図である。
【図２】は、図１に示した３次元マイクロマニピュレータを湾曲動作をさせたときの側面図である。
【図３】は、図１に示した３次元マイクロマニピュレータの鋏部材を把持動作させたときの側面図である。
【符号の説明】
１２，１４，１６，１８，２０・・・碁石状部品
１２ａ〜１２ｆ・・・貫通孔
２２，２４，２６・・・形状記憶合金製ワイヤ、３０・・・鋏部材３２，３４・・・鋏片、３６・・・形状記憶合金製部材

Claims

複数の碁石形状部品を隣接配置した３次元マイクロマニピュレータにおいて、
前記複数の碁石形状部品のそれぞれに、等角度間隔に少なくとも３つの貫通孔を穿孔し、
前記貫通孔に挿入した少なくとも３本の形状記憶合金製ワイヤにより、前記複数の碁石形状部品を繋ぎ止め、
前記形状記憶合金製ワイヤの少なくとも１本に通電することにより、該形状記憶合金製ワイヤが発熱し、その結果、該形状記憶合金製ワイヤが収縮することを特徴とする３次元マイクロマニピュレータ。
隣接配置した前記複数の碁石形状部品の先端に、物品を挟持する鋏部材を有し、
前記鋏部材は、一部に形状記憶合金製部材を有し、当該形状記憶合金製部材に通電することにより、当該形状記憶合金製部材が発熱し、その結果、当該形状記憶合金製部材が変形することにより、前記鋏部材の挟持動作が行われることを特徴とする請求項１記載の３次元マイクロマニピュレータ。