JPH05253171A - 多自由度可撓管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】可撓管の外径を細く保ったまま、可撓管の自重
に影響されることなく、屈曲部を所望の屈曲量に屈曲で
きる多自由度湾曲管を提供する。 【構成】少なくとも先端部に複数の屈曲部１３を有する
可撓管１２と、この可撓管１２の前記屈曲部１３に跨が
って軸方向に配設され温度変化に応じて長さが収縮・伸
長する線状の形状記憶合金からなる湾曲操作ワイヤ１４
ａ，１４ｂ…とからなる多自由度可撓管において、前記
可撓管１２に前記屈曲部１３に跨がって軸方向に牽引ワ
イヤ１６を配設し、湾曲操作ワイヤ１４ａ，１４ｂ…と
牽引ワイヤ１６の出力を重合自在にし、湾曲操作ワイヤ
１４ａ，１４ｂ…では力量不足の際に牽引ワイヤ１６を
動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばカテ−テル、
内視鏡、レ−ザプロ−ブ等のように生体腔内な管路等に
挿入されて使用される多自由度可撓管に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば医療用のカテ−テルや内視鏡等の
可撓管、ガス配管等の工業用管路の点検・修理を行う工
業用内視鏡の可撓管は、複数の屈曲部を有する多自由度
可撓管によって構成されている。

【０００３】そして、この可撓管の内部に温度変化に応
じて長さが収縮・伸長する線状の形状記憶合金からなる
湾曲操作ワイヤが配設されていて、可撓管の手元側にお
いて湾曲操作ワイヤに通電加熱することによって可撓管
の屈曲部を屈曲または湾曲して可撓管の先端部を目的部
位に導くことができるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、生体腔内の
深部に挿入する内視鏡や長い管路等に挿入する工業用内
視鏡は可撓管の長さが長くなり、長尺化するに伴って屈
曲部の自重が大きくなり、自重によって垂れ下がってし
まい、可撓管の根元側の屈曲部を所望の屈曲量に屈曲さ
せることができない。

【０００５】そこで、従来においては、可撓管の根元側
における線状の形状記憶合金からなる湾曲操作ワイヤを
太くして大出力が得られるようにしているが、湾曲操作
ワイヤを太くすると、それに伴って可撓管の根元側の外
径が太くなるという不都合がある。

【０００６】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、可撓管の外径を細く
保ったまま、可撓管の自重に影響されることなく、屈曲
部を所望の屈曲量に屈曲できる多自由度可撓管を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は前記課題を解
決するために、少なくとも先端部に複数の屈曲部を有す
る可撓管と、同屈曲部に作用する複数のアクチュエータ
を備えた多自由度可撓管において、１つの屈曲部に対し
複数のアクチュエータの出力を任意に重合させて作用さ
せるように構成したことにある。

【０００８】

【作用】１つのアクチュエータに通電して加熱すると、
アクチュエータが収縮して可撓管が屈曲部において湾曲
するが、必要に応じてもう１つのアクチュエータを動作
することにより、両アクチュエータの出力が重合し、湾
曲管の屈曲部の屈曲状態を維持することができ、１つの
アクチュエータの湾曲力に補助的に別のアクチュエータ
の湾曲力を加えることができる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の各実施例を図面に基づいて
説明する。

【００１０】図１〜図４は第１の実施例を示す。図２
は、例えばガス配管等の工業用管路Ｐ内に挿入される工
業用内視鏡１の使用状態を示す。工業用内視鏡１の先端
面には１つの照明窓２と２つの観察窓３が設けられてい
る。

【００１１】さらに、工業用内視鏡１の先端面には多自
由度可撓管としての配管内作業用の３本の多自由度マニ
ピュレータ４ａ，４ｂ，４ｃの基端部がそれぞれ固定さ
れている。これらマニピュレータ４ａ，４ｂ，４ｃはフ
レキシブルに湾曲する多関節構造になっている。

【００１２】第１のマニピュレータ４ａの先端部には照
明装置およびＣＣＤ等の観察装置５が設けられており、
この第１のマニュピレータ４ａによって工業用管路Ｐ内
の補修部Ｑを近接かつ直視して監視する作業部拡大内視
システム部が構成されている。

【００１３】第２のマニピュレータ４ｂの先端部にはマ
イクログリッパ６が設けられている。このマイクログリ
ッパ６は溶接用材料等の作業ツール７を把持しながら補
修部Ｑに近接させるツール搬送部が構成されている。

【００１４】第３のマニピュレータ４ｃの先端部にはレ
ーザ光等の出射部や、グラインダ等の研削作業部８が設
けられている。この第３のマニピュレータ４ｃによって
工業用管路Ｐ内の補修部Ｑに接近し、レーザ光等による
溶接や、グラインダを用いての研削等の補修作業を行う
作業部が構成されている。

【００１５】第１〜第３のマニピュレータ４ａ，４ｂ，
４ｃは、基本的に同一構造であるため、その１つである
第１のマニピュレータ４ａについて説明すると、図１に
示すように構成されている。

【００１６】すなわち、１０ａ，１０ｂ…は円筒状の短
管からなる複数個の関節体であり、これら関節体１０
ａ，１０ｂ…は関節固定ピン１１によって互いに回動自
在に連結され、可撓管１２が形成されている。この可撓
管１２の根元側１２ａが工業用内視鏡１の先端面に固定
され、この根元側１２ａの関節体１０ａはその先端側１
２ｂよりも軸方向の長さが長く形成されている。

【００１７】さらに、前記関節体１０ａ，１０ｂ…の両
端部には可撓管１２を関節固定ピン１１を中心として屈
曲部１３を屈曲したときに関節体１０ａ，１０ｂ…の両
端部が干渉しないように斜めに切断することにより形成
した対称的な逃げ部１５が設けられている。

【００１８】また、前記各関節体１０ａ，１０ｂ…の内
側で逃げ部１５側に位置する部分には関節体１０ａ，１
０ｂ…の軸方向に第１の湾曲用アクチュエータとしての
湾曲操作ワイヤ１４ａ，１４ｂ…が配設されている。湾
曲操作ワイヤ１４ａは一端が関節体１０ａの基端部に、
他端が先端部および屈曲部１３を通過して隣接する関節
体１０ｂの基端部にそれぞれ固定されている。同様に、
関節体１０ｂの基端部に一端を固定した湾曲操作ワイヤ
１４ｂの他端は先端部および屈曲部１３を通過して隣接
する関節体１０ｃの基端部に固定されている。

【００１９】湾曲操作ワイヤ１４ａ，１４ｂは…、リー
ド線（図示しない。）によって工業用内視鏡１の手元操
作部に設けられたスイッチを介して電源に接続され、通
電によって加熱されるようになっており、温度変化に応
じて長さが収縮・伸長する線状の形状記憶合金によって
形成されている。すなわち、低温側から高温側に加熱す
る過程において一定の量だけ軸方向の長さが短く収縮す
る記憶処理が施されている。

【００２０】さらに、前記関節体１０ａ，１０ｂ…の内
側には湾曲操作ワイヤ１４ａ，１４ｂ…と並列的に第２
の湾曲用アクチュエータとしての牽引ワイヤ１６が配設
されている。この牽引ワイヤ１６は湾曲操作ワイヤ１４
ａ，１４ｂ…より太径または多数本を１本に燃合した線
材で、一端が可撓管１２の先端側１２ｂに固定され、他
端が根元側１２ａを通過して工業用内視鏡１の先端部に
内蔵された牽引アクチュエータ１７に接続されている。

【００２１】牽引アクチュエータ１７は、例えばモータ
によって駆動されるリールを備えており、リールによっ
て牽引ワイヤ１６を巻き取ることにより、牽引ワイヤ１
６が牽引されるようになっている。

【００２２】さらに、前記各関節体１０ａ，１０ｂ…の
内側で、基端部側にはチャック部材１８が固定され、こ
の内部を前記牽引ワイヤ１６が挿通している。このチャ
ック部材１８は、図３および図４に示すように、円筒状
の圧電素子１９と、この圧電素子１９の内外周にそれぞ
れ貼着された内側電極２０，外側電極２１とにより構成
されている。

【００２３】内側電極２０と外側電極２１とは電源２２
とスイッチ２３を備えたチャック制御装置２４に接続さ
れている。したがって、圧電素子１９は内側と外側を分
極しており、非通電時には図４（ａ）に示すように牽引
ワイヤ１６が自由に移動できるが、通電時には図４
（ｂ）に示すように圧電素子１９の内径が小さくなり、
牽引ワイヤ１６の途中をクランプして軸方向に移動不能
に固定することができるようになっている。

【００２４】このように構成された工業用内視鏡１を工
業用管路Ｐに挿入し、工業用管路Ｐ内の補修部Ｑの補修
作業を行う場合には、工業用内視鏡１の挿入部を工業用
管路Ｐに挿入し、その先端部を補修部Ｑの近傍まで導
く。

【００２５】そして、第１のマニピュレータ４ａの観察
装置５によって工業用管路Ｐ内の補修部Ｑを監視しなが
ら第２のマニピュレータ４ｂのマイクログリッパ６に把
持した作業ツール７を補修部Ｑに近接させるとともに、
第３のマニピュレータ４ｃの研削作業部８によって補修
部Ｑの補修作業を行う。

【００２６】このとき、第１〜第３のマニピュレータ４
ａ〜４ｃを自在に湾曲操作して先端部を補修部Ｑに近接
させるが、この湾曲操作時には可撓管１２を構成する関
節体１０ａ，１０ｂ…に独立して配設された湾曲操作ワ
イヤ１４ａ，１４ｂ…に選択的に通電加熱し、湾曲操作
ワイヤ１４ａ，１４ｂ…の長さを収縮・伸長することに
より湾曲操作する。

【００２７】ところで、工業用管路Ｐなどのように長い
管路に挿入する工業用内視鏡１は第１〜第３のマニピュ
レータ４ａ〜４ｃを構成する可撓管１２の長さが長くな
り、長尺化するに伴って自重が大きくなり、湾曲操作ワ
イヤ１４ａ，１４ｂ…のみでは力量が不十分で、自重に
よって垂れ下がってしまうことがある。

【００２８】この場合、スイッチ２３をオンして圧電素
子１９に通電すると、図４（ｂ）に示すように圧電素子
１９の内径が小さくなり、牽引ワイヤ１６の途中をチャ
ックして移動不能に固定する。この状態で、牽引アクチ
ュエータ１７により牽引ワイヤ１６を牽引すると、チャ
ック部材１８より手元側の牽引ワイヤ１６が引っ張られ
て可撓管１２をその屈曲部１３から湾曲させることがで
き、牽引ワイヤ１６の牽引力が湾曲操作ワイヤ１４ａ，
１４ｂ…による湾曲の補助として作用し、操作ワイヤ１
４ａ，１４ｂ…の力量不足を補うことができる。したが
って、可撓管１２の自重による垂れ下がりを防止でき
る。

【００２９】図５および図６は第２の実施例を示す。こ
の実施例は、胸腔経由冠状動脈手術の状態を示すもの
で、３１は手術用のマイクロロボット、３２はマイクロ
ロボット３１とは別個に設けた内視鏡である。

【００３０】マイクロロボット３１および内視鏡３２の
挿入部３１ａ，３２ａは第１の実施例と基本的に同一構
造の多自由度可撓管によって形成されている。マイクロ
ロボット３１の挿入部３１ａの先端部には処置部として
の挟持部材３３が設けられ、冠状動脈Ｊを挟持できるよ
うになっている。

【００３１】内視鏡３２の挿入部３２ａには処置具挿通
チャンネル３４が設けられ、これは挿入部３２ａの先端
部において開口しているとともに、挿入部３２ａの先端
面には照明窓および観察窓（図示しない）が設けられて
いる。そして、処置具挿通チャンネル３４には血管等を
切除する切除用処置具３７が挿通されている。

【００３２】この手術用マイクロロボット３１は、例え
ば心筋梗塞の治療で冠状動脈等が詰まった場合に、この
血管の詰まった部分を切除し、残りの部分同志を結合す
るバイパス手術で使用される。

【００３３】このような治療時には図５に示すように患
者Ｈの胸内に経皮的マイクロロボット３１の挿入部３１
ａおよぞ内視鏡３２の挿入部３２ａがそれぞれ別個に挿
入される。そして、内視鏡３２によって体内を観察しな
がら目的の治療対象部位までマイクロロボット３１の挿
入部３１ａの先端部が導かれる。この場合、マイクロロ
ボット３１の挿入部３１ａおよび内視鏡３２の挿入部３
２ａはフレキシブルに曲がる多関節構造になっているの
で、図６に示すように、例えば患者Ｈの心臓Ｉの裏側に
も導くことができる。

【００３４】また、マイクロロボット３１の先端部が治
療対象部位まで導いた後、挟持部材３３によって冠状動
脈Ｊを挟持し、内視鏡３２の処置具挿通チャンネル３４
を経て挿入された切除用処置具３７によって冠状動脈Ｊ
のバイパス手術が行なわれる。

【００３５】図７は第３の実施例を示す。この実施例
は、生体の胆のうＭ内に内視鏡４０を挿入した状態を示
すもので、内視鏡４０の挿入部４０ａには処置具挿通チ
ャンネル（図示しない）が設けられ、内視鏡用処置具４
１は処置具挿通チャンネルを経て体腔内に挿入される。

【００３６】この内視鏡４０の挿入部４０ａは、第１の
実施例と基本的に同一構造の多自由度可撓管によって形
成され、経口的に体腔内に挿入された内視鏡４０の挿入
部４０ａを湾曲操作することにより、体腔内の目的の治
療対象部位まで導かれる。

【００３７】図７は、経口的に食道、胃、十二指腸Ｌを
経て胆のうＭ内に挿入された後、この内視鏡４０の処置
具挿通チャンネルを経て内視鏡用処置具４１が胆のうＭ
内に導かれる。そして、内視鏡用処置具４１の先端部に
設けたマイクログリッパ４２によって胆石Ｎを破壊する
などの治療を行うことができる。

【００３８】図８は第４の実施例を示す。この実施例
は、可撓管１２を構成する関節体１０ａ，１０ｂ…の１
つ置き、つまり関節体１０ｂ、１０ｄに形状記憶合金か
らなる第１の湾曲用アクチュエータとしての第１の湾曲
操作ワイヤ５１ａ，５１ｂ…を配設し、残りの関節体１
０ａ、１０ｃに形状記憶合金からなる第２の湾曲用アク
チュエータとしての第２の湾曲操作ワイヤ５２ａ，５２
ｂ…を配設したものである。

【００３９】そして、関節体１０ｂに配設した第１の湾
曲操作ワイヤ５１ａの一端は屈曲部５３ａを通過して関
節体１０ａの先端に固定され、他端は屈曲部５３ｂを通
過して関節体１０ｃの基端に固定されている。また、関
節体１０ｃに配設した第２の湾曲操作ワイヤ５２ａの一
端は屈曲部５３ｂを通過して関節体１０ｂの先端に固定
され、他端は屈曲部５３ｃを通過して関節体１０ｄの基
端に固定されている。

【００４０】したがって、可撓管１２の屈曲部５３ａ，
５３ｂ…においては第１の湾曲操作ワイヤ５１ａ，５１
ｂ…と第２の湾曲操作ワイヤ５２ａ，５２ｂ…が並設さ
れている。さらに、第１の湾曲操作ワイヤ５１ａ，５１
ｂ…および第２の湾曲操作ワイヤ５２ａ，５２ｂ…の一
端側は関節体１０ａ，１０ｂ…に固定されたチャック部
材５４ａ，５４ｂ…に挿通されており、通常はチャック
部材５４ａ，５４ｂ…によって第１の湾曲操作ワイヤ５
１ａ，５１ｂ…と第２の湾曲操作ワイヤ５２ａ，５２ｂ
…がクランプされている。

【００４１】このように構成された可撓管１２によれ
ば、湾曲操作時に、例えば屈曲部５３ａから湾曲させる
ために第１の湾曲操作ワイヤ５１ａに通電加熱すると、
第１の湾曲操作ワイヤ５１ａの長さが収縮することによ
り湾曲操作する。このとき、第１の湾曲操作ワイヤ５１
ａの収縮力量だけでは屈曲部５３ａを十分に湾曲できな
いとき、チャック部材５４ａのクランプを解除し、第２
の湾曲操作ワイヤ５２ａに通電加熱すると、第２の湾曲
操作ワイヤ５２ａの長さが収縮することにより湾曲操作
する。

【００４２】したがって、第１の湾曲操作ワイヤ５１ａ
の収縮力量に加えて第２の湾曲操作ワイヤ５２ａの収縮
力量によって屈曲部５３ａを湾曲させることができ、第
１の湾曲操作ワイヤ５１ａ，５１ｂ…の力量不足を第２
の湾曲操作ワイヤ５２ａ，５２ｂ…が補うことができ
る。

【００４３】なお、図９に示すように、第１の湾曲操作
ワイヤ５１ａの軸方向の両端側を関節体１０ｂの両端に
固定したチャック部材５５ａ，５５ｂに挿通することに
より、屈曲部５３ａを屈曲する際に、チャック部材５５
ｂをクランプし、チャック部材５５ａのクランプを解除
する。そして、第１の湾曲操作ワイヤ５１ａに通電加熱
すると、屈曲部５３ａに跨がる第１の湾曲操作ワイヤ５
１ａの長さが収縮することにより屈曲部５３ａを湾曲さ
せることができる。また、屈曲部５３ｂを屈曲する際
に、チャック部材５５ａをクランプし、チャック部材５
５ｂのクランプを解除する。そして、第１の湾曲操作ワ
イヤ５１ａに通電加熱すると、第１の湾曲操作ワイヤ５
１ａの長さが収縮して屈曲部５３ｂを湾曲させることが
できる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、アクチュエータによって湾曲される可撓管に、１つ
の屈曲部に対して複数のアクチュエータの出力を任意に
重合させて作用させる構成にしたから、可撓管の外径を
細く保ったまま、可撓管の自重に影響されることなく、
屈曲部を所望の屈曲量に屈曲できるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例に係わる多自由度可撓
管の縦断側面図。

【図２】同実施例の多自由度可撓管を工業用内視鏡に採
用した場合の使用状態の斜視図。

【図３】同実施例のチャック部材の斜視図。

【図４】同実施例のチャック部材の作用を説明するため
の縦断面図。

【図５】この発明の第２の実施例に係わる多自由度可撓
管を手術用マイクロロボットの使用状態の構成図。

【図６】図５のＡ部を拡大して示す斜視図。

【図７】この発明の第２の実施例に係わる多自由度可撓
管を胆のうに挿入した状態の斜視図。

【図８】この発明の第３の実施例に係わる可撓管の縦断
側面図。

【図９】この発明の第３の実施例に係わる可撓管の変形
例を示す縦断側面図。

【符号の説明】

１２…可撓管、１４ａ，１４ｂ…湾曲操作ワイヤ（第１
の湾曲用アクチュエータ）、１６…牽引ワイヤ（第２の
湾曲用アクチュエータ）。

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【手続補正書】

【提出日】平成４年５月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばカテーテル、
内視鏡、レーザプロープ等のような多自由度可撓管に関
する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は前記課題を解
決するために、少なくとも先端部に複数の湾屈曲部を有
する可撓管と、同湾屈曲部に作用する複数のアクチュエ
ータを備えた多自由度可撓管において、１つの湾屈曲部
に対し複数のアクチュエータの出力を任意に重合させて
作用させるように構成したことにある。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】さらに、前記関節体１０ａ，１０ｂ…の両
端部には可撓管１２を関節固定ピン１１を中心として湾
屈曲部としての屈曲部１３を屈曲したときに関節体１０
ａ，１０ｂ…の両端部が干渉しないように斜めに切断す
ることにより形成した対称的な逃げ部１５が設けられて
いる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】そして、関節体１０ｂに配設した第１の湾
曲操作ワイヤ５１ａの一端は屈曲部５３ａを通過して関
節体１０ａの先端に固定され、他端は屈曲部５３ｂを通
過して関節体１０ｃの基端に固定されている。また、関
節体１０ｃに配設した第２の湾曲操作ワイヤ５２ｂの一
端は屈曲部５３ｂを通過して関節体１０ｂの先端に固定
され、他端は屈曲部５３ｃを通過して関節体１０ｄの基
端に固定されている。

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 明雄 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 植田 康弘 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 安達 英之 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 崎山 勝則 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 巽 康一 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 藤尾 浩司 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 林 正明 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも先端部に複数の屈曲部を有す
   る可撓管と、同屈曲部に作用する複数のアクチュエータ
   を備えた多自由度可撓管において、１つの屈曲部に対し
   複数のアクチュエータの出力を任意に重合させて作用さ
   せるように構成したことを特徴とする多自由度可撓管。