JP3858560B2 - コイルシャフトの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、回転力等を伝達するためのコントロールケーブルを構成するフレキシブルシャフト等として用いられるコイルシャフトの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ケーブルの先端に設けた作動部材を、基端側から回転駆動するためのコントロールケーブルは、可撓性スリーブ内にフレキシブルシャフトを挿通させることにより構成される。フレキシブルシャフトの基端部を可撓性スリーブ内で軸回りに回転させると、その回転力が先端にまで伝達される。従って、このフレキシブルシャフトの先端に作動部材を連結すると共に、このフレキシブルシャフトの基端部を回転操作部に連結し、また可撓性スリーブはフレキシブルシャフトに対して相対回転できるようになし、かつ少なくとも先端側または基端側のいずれか一方、好ましくは両端を固定的に保持するように構成する。そして、回転操作部にモータ等の駆動手段を設けて、この駆動手段によりフレキシブルシャフトの基端部を軸回りに回転させると、作動部材がこれに追従回転することになる。また、フレキシブルシャフトの回転駆動は手動でも行うことができる。
【０００３】
而して、回転力を伝達するコントロールケーブルは、可撓性スリーブ内に設けられるフレキシブルシャフトの一端を軸回りに回転させると、迅速かつ確実に先端にまで伝達されなければならない。しかも、任意の方向に曲がるものであり、かつ曲がった状態でも回転が確実に伝達でき、しかも回転に対する抵抗をできるだけ少なくして、軽い負荷で円滑に回転させることができるようにする必要もある。
【０００４】
以上の点から、コントロールケーブルを構成するフレキシブルシャフトとしては、ばね性のある金属線材を螺旋状に巻回したコイルシャフトが従来から広く用いられている。そして、回転力をより正確に、しかも確実に伝達できるようにするためには、コイルシャフトは少なくとも内外２重のコイルシャフトで構成し、特に正逆方向に回転させるために、３重のコイルシャフトからフレキシブルシャフトを形成したものも用いられている。また、応答遅れの防止及び回転の安定性を図るために、コイルシャフトは密巻き状態に巻回することによって実質的にピッチ間に隙間が生じないようにする。そして、このコイルシャフトは、１本の金属線材を密巻き状態に巻回した１条コイルと、所定本数の金属線材を並べて帯状となし、この金属線材の帯を密巻き状態にして巻回した多条コイルとがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
１条のコイルシャフトであれ、多条のコイルシャフトであれ、密巻き状態にしていることから、曲げ方向に可撓性があり、かつ迅速かつ確実に先端にまで回転が伝達される。つまり、コイルを密巻きにすると、その長さはそれ以上縮小することはなく、従ってコイルの一端に、それを巻き絞る方向に回転させると、コイル径が変化しないから、回転力を作用させる基端部と、回転駆動される作動部材を設けた先端部とが実質的に剛体の状態となり、確実に先端にまで回転力が伝達される。コイルシャフトは曲げ可能であり、それが曲げられた時には曲率半径の大きい外側ではコイルのピッチ間隔が広がるが、曲率半径の小さい内側では、コイルのピッチ間隔がない状態となるので、曲がった状態でも、その回転伝達能力が低下することはない。
【０００６】
コイルシャフトはコントロールケーブルとして構成されることから、単一または同軸にして２重，３重に設けたコイルシャフトでフレキシブルシャフトを形成して、このフレキシブルシャフトは可撓性スリーブ内に挿通される。この場合において、フレキシブルシャフトの外径と可撓性スリーブの内径との径差を大きくすると、回転伝達時にフレキシブルシャフトが振動するから、その間の隙間はできるだけ小さくする。ここで、コントロールケーブルが曲げられると、可撓性スリーブ及びその内部のフレキシブルシャフトが曲がることになるが、それぞれ独自に曲がることになる。可撓性スリーブは曲げた時には、その曲げ方向の外側では伸び、内側は縮むようになり、さらに断面形状が扁平化することになる。これに対して、フレキシブルシャフトを構成するコイルシャフトは密巻き状態となっているので、そのコイルのピッチが広がる方向には変化するが、コイル径は実質的に変化することがなく、コイルのピッチ間隔はそれ以上詰まることがない。つまり、コントロールケーブルが曲げられた時には、可撓性スリーブが自在に変形するのにも拘らず、フレキシブルシャフトの変形は著しく制約され、特に曲げ方向の内側では、コイルは縮む方向に変化せず、むしろ直線化する方向、つまり曲げに対して抵抗する方向の反力が作用する。特に、多重コイルでフレキシブルシャフトを構成した場合には、曲げに対する抵抗は極めて大きくなる。
【０００７】
以上のことから、コントロールケーブルが曲げられた時には、フレキシブルシャフトは可撓性スリーブの内面に部分的に押圧されることになる。従って、コントロールケーブルが曲がり、フレキシブルシャフトが可撓性スリーブの内面に押圧されている状態で、回転駆動した時には、フレキシブルシャフトと可撓性スリーブ内面との間に大きな摺動抵抗が作用することになり、その結果回転の伝達が円滑に行われず、回転負荷が増大すると共に、回転むらが生じたり、また振動が発生等といった問題点がある。
【０００８】
さらに、密巻き状態のコイルシャフトは、その内部がほぼ密閉状態になる。従って、可撓性スリーブ内にコイルシャフトを挿通させた状態で、このコイルシャフトの内部に流体を供給するのは困難になる。例えば、可撓性スリーブ内を密閉状態とした上で、内部に所定の流体を封入しようとすると、その作業が面倒であり、特にコイルを多重に形成した場合において、相互に重なり合っているコイル間に滞留する空気を含めて、全て他の流体で置換するという作業は極めて困難になる。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単な構成で容易に製造でき、曲げ方向の可撓性に優れ、しかもフレキシブルシャフトとして構成した場合に、回転の伝達を軽い負荷で円滑に行えるようにしたコイルシャフトを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
コイルシャフトを、金属線材を複数本並べて巻回した多条コイルから構成し、この多条コイルを構成する各条のコイルのうち、相隣接するコイル間間隔の一部を粗とし、他の一部を密にした粗密混在巻きとすることによって、前述した目的を達成することができる。
【００１１】
従って、本発明のコイルシャフトの製造方法としては、複数本の金属線材と１乃至複数本のダミー線材とを相互に密着状態にして並べることにより金属帯を形成し、この金属帯を芯材に密着螺旋状に巻回して多条密巻き状の螺旋管を形成し、この螺旋管から前記ダミー線材を除去することにより粗密混在巻きとすることをその特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明のコイルシャフトは、例えば遠隔操作で作動部材を回転駆動する手段であるコントロールケーブルにおいて、回転伝達用のフレキシブルシャフトとして構成することができる。そして、この種のコントロールケーブルは、例えば図１に示した超音波プローブに装着されて、この超音波プローブの先端に設けた超音波振動子を遠隔操作で回転駆動することによってラジアル超音波走査を行うためのものとして構成することができる。なお、本発明のコイルシャフトの用途としては、これに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００１３】
而して、図１において、１は超音波プローブ、２は回転操作部である。超音波プローブ１は、長尺の可撓性スリーブ３の先端に硬質部材からなるキャップ４を連結して設けられる。そして、キャップ４の内部には、超音波振動子５が設けられている。超音波振動子５は回転方向に走査する、所謂ラジアル走査式のものであり、このために超音波振動子５はキャップ４内に回転自在に設けた取付部６に装着されている。従って、この超音波プローブ１では、取付部６に装着した超音波振動子５が作動部材であり、この作動部材としての超音波振動子５を遠隔操作で回転駆動するために、取付部６にはフレキシブルシャフト７の先端が連結して設けられている。
【００１４】
可撓性スリーブ１と、その内部に挿通させたフレキシブルシャフト７とでコントロールケーブルが構成され、このコントロールケーブルは超音波振動子５を遠隔操作で回転駆動することができるようになっている。従って、フレキシブルシャフト７は可撓性スリーブ１内に位置する状態で、その基端部を軸回りに回転させることによって、その回転力を先端に連結した取付部６にまで伝達されて、この取付部６に設けた超音波振動子５が回転駆動される。この超音波振動子５の回転中に、所定の回転角間隔毎に超音波パルスを体内に入射して、その反射エコーを取得することによりラジアル走査が行われる。
【００１５】
フレキシブルシャフト７の基端部には回転軸８が連結して設けられ、この回転軸８は回転操作部２に内蔵した図示しないモータの出力軸に着脱可能に連結されるようになっている。また、可撓性スリーブ１の基端部には連結用筒体９が連結されており、この連結用筒体９は、回転操作部２のケーシングに設けた係止部２ａに着脱可能に連結される。さらに、図中において、１０は可撓性スリーブ１の内部に超音波伝達媒体を供給する超音波伝達媒体供給部であり、この超音波伝達媒体供給部１０は連結用筒体９に設けた接続口部９ａに着脱可能に装着されるようになっている。この超音波伝達媒体供給部１０は可撓性スリーブ３からキャップ４に至る内部全体に超音波伝達媒体を供給するためのものである。また、このようにして封入された超音波伝達媒体が漏出するのを防止するために、回転軸８と連結用筒体９の内面との間には弾性シール部材１１が装着されて、超音波プローブ１の内部を液密に保持している。そして、図示は省略するが、フレキシブルシャフト７の内部には、超音波振動子５に連結したケーブルが挿通されており、このケーブルは回転操作部２内において、スリップリングやロータリコネクタ等に接続される。
【００１６】
次に、図２にフレキシブルシャフト７の断面を示す。このフレキシブルシャフト７は、２重のコイルシャフトから構成される。からなるフレキシブルシャフトの構成を示す。この図から明らかなように、フレキシブルシャフト７は、内側のコイルシャフト２１と外側のコイルシャフト２２とからなる内外２重のコイルシャフトから構成される。内側コイルシャフト２１は密巻きコイルシャフトであり、また外側コイルシャフト２２は粗密混在巻きコイルシャフトで構成される。
【００１７】
ここで、粗密混在巻きコイルシャフトである外側コイルシャフト２２は、金属線材を４本並べて帯条にしたもの巻回したものであって、４つの単位コイル２２ａ〜２２ｄから構成される。これら４つの単位コイル２２ａ〜２２ｄにおいて、コイル２２ａ−２２ｂ間，２２ｂ−２２ｃ間，２２ｄ−２２ａ間は、それぞれ隙間がなくほぼ密着状態となっている。これに対して、コイル２２ｃ−２２ｄ間は所定の間隔Ｒだけ開いている。つまり、コイル２２ａ−２２ｂ間，２２ｃ−２２ｄ間，２２ｄ−２２ａ間は密巻き状態であり、コイル２２ｂ−２２ｃ間は粗巻き状態となっている。
【００１８】
一方、内側コイルシャフト２１は、その全長にわたってピッチ間にほぼ隙間のない密巻き状態となった密巻きコイルである。この内側コイルシャフト２１は単一の金属線材を隙間なく巻回したものから構成しても良いが、内側及び外側のコイルシャフト２１，２２のバイアス角を一致させるために、また回転力を円滑に伝達するために、内側コイルシャフト２１も多条で構成することもできる。そして、内側コイルシャフト２１の外径寸法は外側コイルシャフト２２の内径寸法とほぼ同じものであり、従って内側コイルシャフト２１を外側コイルシャフト２２内に挿通させた時には、内外のコイルシャフト２１，２２は相互にほぼ密着した状態に組み付けられて、フレキシブルシャフト７が構成される。
【００１９】
このフレキシブルシャフト７を構成する外側コイルシャフト２２には、単位コイル２２ｂ−２２ｃ間に間隔Ｒの粗巻き部が形成されているので、この外側コイルシャフト２２を曲げた時には、曲げ方向の内側は、単位コイル２２ｂ−２２ｃ間の間隔が狭まるように変位することから、抵抗なく容易に曲がることになる。従って、フレキシブルシャフト７の曲げ方向における可撓性が増大することになり、超音波プローブ１を体腔内に挿入した時に、その挿入経路に沿って抵抗なく自在に曲がり、直線化する方向の反力が大きく減殺されることになる。従って、超音波プローブ１の体腔内への挿入操作性が良好となり、患者の苦痛軽減等が図られる。
【００２０】
外側コイルシャフト２２には、粗巻き部が形成されているものの、多条コイルで構成されており、その単位コイル２２ａ〜２２ｄにおいて、コイル２２ａ−２２ｂ間，２２ｃ−２２ｄ間，２２ｄ−２２ａ間は実質的に密巻き状態となっているので、回転の伝達時においては、フレキシブルシャフト７が真直ぐな状態となっていても、また曲がった状態となっていても、回転力の伝達時に粗巻き部である単位コイル２２ｂ−２２ｃ間の間隔は殆ど変化しない。従って、回転の伝達作用としては、全長が密巻き状態とした場合と比較しても、ほぼ同様であり、実用上、回転伝達の遅れ等が生じることはない。
【００２１】
フレキシブルシャフト７を可撓性スリーブ３内で曲げた時に、その内側に沿う部位において、単位コイル２２ｂ−２２ｃ間の間隔が狭まるように変位することから、可撓性スリーブ３に対する長さの差が生じるのを防止でき、しかもこの曲げに対する反力が低減することになる。従って、可撓性スリーブ３の内面に対してフレキシブルシャフト７が当接するにしても、その押圧力が著しく弱くなる。その結果、可撓性スリーブ３内でフレキシブルシャフト７の回転時における摺動摩擦が低減される。また、外側コイルシャフト２２に粗巻き部が存在することから、その分だけフレキシブルシャフト７の可撓性スリーブ３内面への接触面積が減少する。従って、フレキシブルシャフト７の回転時における可撓性スリーブ３の内面に対する摺動摩擦が著しく減少することになり、軽い負荷で回転の伝達が円滑かつ効率的に行われ、回転むら等の発生が確実に防止できる。
【００２２】
さらに、粗密混合巻きコイルからなる外側コイルシャフト２２には、粗巻き部が形成されているので、この間に隙間が生じており、特にフレキシブルシャフト７を真直ぐな状態にすると、かなり大きな隙間となる。このようにフレキシブルシャフト７に隙間が生じていると、超音波プローブ１における可撓性スリーブ３内に、超音波伝達媒体供給部１０から超音波伝達媒体を供給する際に、そのフレキシブルシャフト７内への回り込みが良好となる。通常、相重なり合っている内外のコイル２１，２２間の隙間に存在する空気を超音波伝達媒体で置換するのは特に困難であるが、この隙間が存在することにより極めて円滑に超音波伝達媒体による置換が行われる。その結果、超音波プローブ１の内部の空気を超音波伝達媒体で完全に置換する操作を迅速かつ確実に行うことができるようになる。
【００２３】
なお、フレキシブルシャフトに曲げ方向における可撓性をより大きくし、かつ曲げられた時に真直ぐな状態になろうとする反力をより小さくし、超音波伝達媒体の封入をさらに円滑に行うには、外側コイルシャフト２２だけでなく内側コイルシャフトも粗密混在巻きコイルシャフトとすれば良い。さらに、３重のコイルシャフトでフレキシブルシャフトを構成する場合には、全てを粗密混在巻きコイルシャフトとするか、少なくとも１本のコイルシャフトを粗密混在巻きコイルシャフトで形成し、他を密巻きコイルシャフトとして構成することができる。
【００２４】
ここで、多条コイルに粗巻き部を設けた粗密混在巻きコイル２２は、以下に示すようにして形成される。なお、以下の説明では、粗密混在巻きコイルは４条のコイルから構成したものとするが、コイルの条数及び粗巻き部の間隔の大きさは任意であり、粗巻き部の形成数も任意である。例えば、６条のコイルで形成し、単位コイル間に離れた位置または隣り合う位置に２箇所の粗巻き部を形成する等とすることもできる。
【００２５】
而して、図３に示したように、４条のコイルを形成する場合には、それぞれ同じ径の線材を５本用いる。これら５本の線材のうち、４本の線材３０ａ〜３０ｄはコイルを構成する金属線材であり、残りの１本の線材３０ｘはコイルをシャフトを構成しないダミー線材である。ここで、ダミー線材３０ｘは、線材３０ａ〜３０ｄと共に密巻き状の多条螺旋管を形成した後に、コイルシャフトを構成する線材３０ａ〜３０ｄから容易に分離して、このダミー線材３０ｘを除いた部分が粗巻き部となり、それ以外が密巻き部となった粗密混在巻きコイルを形成するためのものである。従って、例えば超弾性鋼からなる線材等のように、強力な外力が作用しても、永久変形せず、外力の作用を取り除くと直ちに直線状態に復元するものが好適である。また、形状記憶合金や形状記憶樹脂等、螺旋状に巻回した後に、所定の温度条件を与えれば、この螺旋状態が解除されるか、少なくとも解除され易い状態となるものを用いることもできる。さらには、例えば加熱により溶融する低融点プラスチック等で構成することもできる。
【００２６】
ダミー線材３０ｘはコイルを形成した時に粗巻き部となる部位に配置する。例えば、このダミー線材３０ｘは、線材３０ｂと線材３０ｃとの間に配置する。そして、これら５本の線材を隙間なく並べて帯状とする。この線材の帯３１の一端を適宜の手段でクランプした状態で、芯材３２の周囲に巻回することによって、多条密巻き状の螺旋管が形成される。この時に、帯３１を同図に矢印Ｔで示した方向に押し付けるようにする。これによって、５本の線材からなる帯３１は芯材３２の周囲に密着し、かつ既に巻き終わった部分に圧接されながら巻回されていくことになる。ここで、帯３１のＴ方向への押し付け力は、この押し付け力が解除した時にも、線材３０ａ〜３０ｄが緩まないように変形させる程度の力を加える。これによって、芯材３２から分離して螺旋管を取り出した時に巻き戻りが生じず、安定した形状に保持されるようになる。
【００２７】
帯３１が所定の長さにまで巻回されて多条密巻き形状の螺旋管が形成された後に、帯３１の端部が切断されて、芯材３２から分離する。ここで、帯３１を構成する５本の線材のうちの１本のダミー線材３０ｘは超弾性鋼で形成されているので、この螺旋管に対する拘束を解くと、このダミー線材３０ｘは直線状態に復元することになる。これによって、格別の操作を行わなくても、直線状態となったダミー線材３０ｘはコイルシャフトから脱落するようにして間引くことができる。その結果、部分的に粗巻き部が形成され、他は密巻き部となり、しかも粗巻き部はコイルシャフトの全長にわたってほぼ均一な状態に形成された粗密混在巻きコイルを製造することができる。
【００２８】
ここで、前述したようにダミー線材３０ｘの材質を超弾性鋼材で構成すれば、コイルシャフト形成時における間引く操作が極めて容易になり、また素材は繰り返し再利用が可能になる。また、形状記憶合金や形状記憶樹脂を用いる場合にも、例えば加熱を行う等、所定の温度条件を与えることによって直線化させたり、コイル径を大きくなるように変形させることができ、螺旋管を形成した後に、ダミー線材を容易に分離して取り出すことができる。さらには、ダミー線材として低融点プラスチックを用いると、螺旋管の全体を溶剤に浸漬させたり、加熱したりすることによりダミー線材を間引くことができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、簡単な構成で容易に製造でき、しかも曲げ方向の可撓性に優れ、フレキシブルシャフトとして構成した場合に、回転の伝達を軽い負荷で円滑に行える等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコイルシャフトが装着される装置の一例としての超音波プローブの断面図である。
【図２】本発明の実施の一形態を示すコイルシャフトの構成説明図である。
【図３】コイルシャフトの製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 超音波プローブ
３ 可撓性スリーブ
５ 超音波振動子
７ フレキシブルシャフト
２０ フレキシブルシャフト
２１ 内側コイルシャフト
２２ 外側コイルシャフト
２２ａ〜２２ｄ 単位コイル
３０ 帯
３０ａ〜３０ｄ，３０ｘ 線材

Claims (4)

1. 複数本の金属線材と１乃至複数本のダミー線材とを相互に密着状態にして並べることにより金属帯を形成し、
   この金属帯を芯材に密着螺旋状に巻回して多条密巻き状の螺旋管を形成し、
   この螺旋管から前記ダミー線材を除去することにより粗密混在巻きとする
   ことを特徴とするコイルシャフトの製造方法。
2. 前記ダミー線材は超弾性鋼の線材からなり、前記密巻き螺旋管が形成された後に、このダミー線材を直線状態に復元させることにより除去するようにしたことを特徴とする請求項１記載のコイルシャフトの製造方法。
3. 前記ダミー線材は形状記憶合金または形状記憶樹脂の線材から構成され、前記密巻き螺旋管が形成された後に、この密巻き螺旋管に所定の温度条件を与えることによって、前記螺旋管を加熱することにより前記ダミー線材を他から分離するようにしたことを特徴とする請求項１記載のコイルシャフトの製造方法。
4. 前記ダミー線材は合成樹脂の線材から構成され、前記密巻き螺旋管が形成された後に、この密巻き螺旋管を加熱することにより前記ダミー線材を溶融して除去することを特徴とする請求項１記載のコイルシャフトの製造方法。

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