JPH0611475B2 - 湾曲運動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、先端部を、所定の範囲において三次元空間の
任意の位置に移動させるように湾曲することができる湾
曲運動装置に関する。

〔従来技術〕

従来のマニプレータにおいては、一般に、回転運動、旋
回運動、および伸縮運動を組合せて、その腕部の先端部
を三次元空間の任意位置に移動させる構成となってい
た。したがって、腕の先端部を狭所に挿入するような目
的には使用できないという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、
湾曲運動により、先端部を大きな力で高速に三次元空間
の任意位置に移動させることができる湾曲運動装置を提
供することを目的とする。

〔発明の構成〕

本発明による湾曲運動装置は、 長い可撓性の芯体と、それぞれ所定の長さを記憶してい
るとともに、一端側を前記芯体の一端側に、他端側を前
記芯体の他端側にそれぞれ固定された３本以上の線状の
形状記憶合金と、これらの形状記憶合金をそれぞれ前記
芯体に沿って延びるように案内するガイド手段と、各前
記形状記憶合金をそれぞれ独立に加熱する手段とを有し
てなり、 各前記形状記憶合金が記憶している長さは、前記形状記
憶合金のすべてが一定温度以下の状態で、前記芯体が真
直ぐな状態または任意の湾曲形状の中から予め選択され
ている所定の中立形状になった場合、前記形状記憶合金
のすべてが、前記芯体に引張られることにより、該記憶
している長さに比し伸び変形を受けることとなる長さと
されているものである。

なお、例えば螺旋状やジグザグ状に湾曲ないしは屈曲さ
れた線材を引張ったとき、該線材のなす螺旋形状やジグ
ザグ形状のピッチが大きくなることにより、見掛け上、
該線材は伸びるが、このとき該線材に生じている変形
は、実は、本質的には曲げ変形やねじり変形であって、
これらの曲げ変形やねじり変形の集積により巨視的には
伸びが生じているように見えるのである。本明細書にお
いて「伸び変形」の語は、前述のような曲げ変形やねじ
り変形に基づく巨視的な伸びは含まない、純粋な伸び変
形を指すものとする。

〔作用〕

本発明においては、各形状記憶合金がそれぞれ一定温度
区間にまで加熱されると、形状記憶効果により、各合金
が記憶している長さに復帰しようとして収縮する。そし
て、この各形状記憶合金の収縮量は、各合金に入力され
る熱エネルギーの大きさに対応する。したがって、加熱
する形状記憶合金を選択することにより、また各合金に
入力される熱エネルギーの大きさを選択することによ
り、前記芯体を所定の中立状態から所望の方向および大
きさに湾曲させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図から第４図までは、本発明の一実施例を示す。こ
れらの図において、１は光ファイバーの束（以下、光フ
ァイバー束という）であり、本実施例においては、この
光ファイバー束１が芯体となっている。そして、前記光
ファイバー束１には、円板２，３，４が適当な間隔で固
定されている（なお、２は最先端側の円板、４は最後端
側の円板、３はその中間に配置された任意数の円板を示
す）。また、前記光ファイバー束１は、各円板２，３，
４の中心部を貫通している。

前記最先端側の円板２には、３本の線状の、Ｔｉ−Ｎｉ
合金等の形状記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃの一端部が光フ
ァイバー束１を中心として１２０度間隔でそれぞれ固定
されている。そして、前記形状記憶合金５ａ，５ｂ，５
ｃの他端部は、最後端側の円板４に、やはり光ファイバ
ー束１を中心として１２０度間隔でそれぞれ固定されて
いる。また、前記中間の各円板３には、円板２，４に対
する形状記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃの固定位置に対応す
る位置に、ふっ素樹脂からなるパイプ６が取り付けられ
ており、これらのパイプ６には、第３図によく示される
ように形状記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃが、それぞれ軸線
方向に自由に動ける状態で挿通されている。前記円板３
およびパイプ６は、本実施例において形状記憶合金５
ａ，５ｂ，５ｃをそれぞれ光ファイバー束１（芯体）に
沿って延びるように案内するガイド手段を構成するもの
である。

ここで、本実施例においては、芯体、すなわち光ファイ
バー束１の中立状態は、該光ファイバー束１が真直ぐと
なる状態に設定されている。また、前記形状記憶合金５
ａ，５ｂ，５ｃは、所定の形状記憶処理を施されること
により、所定の長さの真直ぐな形状を記憶しているが、
装置の初期状態（光ファイバー束１が真直ぐにされてい
て、本実施例における中立形状となっており、かつ形状
記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃのすべてが一定温度以下とな
っている状態）においては、各合金５ａ，５ｂ，５ｃ
は、光ファイバー束１に引張られることにより前記記憶
している長さに比し伸び変形を受けた状態で円板２，４
間に張り渡された状態となっている。

前記各形状記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃの先端部は、第２
図に示されるように、それぞれ導線７ａ，７ｂ，７ｃを
介して通電装置８の出力に接続されている。また、前記
形状記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃの後端部は、それぞれ導
線９ａ，９ｂ，９ｃを介して通電装置８の出力に接続さ
れている（なお、第４図においては、導線７ａ〜７ｃお
よび９ａ〜９ｃは省略されている）。

ここで、前記通電装置８は、信号ｅを入力としており、
導線７ａ〜７ｃおよび９ａ〜９ｃを通じて形状記憶合金
５ａ，５ｂ，５ｃに、前記入力信号ｅに応じた電力が得
られることとなる電流をそれぞれ独立に流すようになっ
ている。また、前記導線７ａ〜７ｃおよび９ａ〜９ｃ
は、中間の円板３に、それぞれ軸線方向に自由に動ける
状態で挿通されている。

次に、本実施例の作動を説明する。

通電装置８から形状記憶合金５ｃのみに、ある大きさの
電流が流されると、該合金５ｃはジュール熱により加熱
され、一定温度以上となり、相変態を開始し、形状記憶
効果により記憶形状に戻ろうとする。このため、伸縮方
向に関してみると、形状記憶合金５ｃは収縮しようとす
る。そして、他の形状記憶合金５ａ，５ｂは、最初の伸
び変形を与えられたままであるので、光ファイバー束１
は、第４図のように形状記憶合金５ｃ側に湾曲する。

同様にして、通電装置８から形状記憶合金５ａまたは５
ｂにのみ電流が流された場合には、光ファイバー束１は
それぞれ形状記憶合金５ａまたは５ｂ側に湾曲する。ま
た、形状記憶合金５ａと５ｂ，５ｂと５ｃ，または５ｃ
と５ａに同時に電流が流されれば、光ファイバー束１は
形状記憶合金５ａと５ｂとの中間方向、５ｂと５ｃとの
中間方向、または５ｃと５ａとの中間方向に湾曲する。

ここで、形状記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃにそれぞれ通電
がなされたときの各合金５ａ，５ｂ，５ｃの収縮量（す
なわち、各合金５ａ，５ｂ，５ｃが記憶している長さに
近づく程度）は、各合金５ａ，５ｂ，５ｃの相変態の進
行状態、ひいては各合金５ａ，５ｂ，５ｃに入力される
熱エネルギーの大きさに対応する。したがって、通電装
置８から各合金５ａ，５ｂ，５ｃに加える電力の大きさ
を制御することにより、光ファイバー束１の湾曲方向お
よび湾曲の大きさを制御することができ、ひいては光フ
ァイバー束１の先端部を、一定範囲内において三次元空
間の任意の位置に移動させることができる。

したがって、本実施例では、上述のようにして光ファイ
バー束１を所望の方向に湾曲し、光ファイバー束１の先
端部を所望の位置に位置させた状態で、該光ファイバー
束１の先端部から後端部へ光を伝達させることができる
（例えば、パイプ等の狭い通路内に光ファイバー束１を
挿入して、該通路内部を観察するような場合であって、
しかも該通路に分岐部があるような場合、前記のように
各形状記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃに通電を行って光ファ
イバー束１を所望の分岐方向に湾曲することにより、光
ファイバー束１を所望の分岐方向に侵入させた状態で、
該光ファイバー束１の先端部から後端部へ光を伝達させ
るというようなことが可能となる）。

ここで、一般に、形状記憶合金に曲げ変形やねじり変形
を与えた場合より、伸び変形を与えた場合の方が、形状
記憶合金が変形状態から記憶形状に回復する過程におい
て発生する回復力が著しく大きくなるとともに、形状記
憶合金が変形状態から記憶形状に回復する速度も速くな
ることはよく知られている。

この湾曲運動装置は、形状記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃの
伸び変形からの形状回復を利用するものであるので、光
ファイバー束１を大きな力で、かつ高速に湾曲させるこ
とができる。

なお、本実施例では、形状記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃは
真直ぐな形状を記憶しているが、前述のように形状記憶
合金の形状回復力は、伸び変形からのそれの方が、曲げ
変形からのそれのより著しく大きいので、所定の長さを
記憶しているならば、形状記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃが
曲った形状を記憶していても同様の効果を得ることがで
きる。

また、本実施例では、中間の円板３と形状記憶合金５
ａ，５ｂ，５ｃとの間に、ふっ素樹脂からなるパイプ６
が介在されているため、前記のように光ファイバー束１
が湾曲される際、形状記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃと円板
３との間に大きな摩擦が生じて、湾曲動作に支障を生じ
るような虞がない。

また、前記実施例では、形状記憶合金を３本用いている
が、形状記憶合を４本以上用い、それらを独立に加熱で
きるようにしてもよいことは言うまでもない。

また、前記実施例では、形状記憶合金５ａ，５ｂ，５ｃ
を、該合金に直接通電することにより加熱しているが、
本発明においては、その他の方法によって形状記憶合金
を加熱してもよいことは言うまでもない。

また、前記実施例では、芯体（ファイバー束１）の中立
形状を該芯体が真直ぐな状態としているが、本発明にお
いては、特定の湾曲状態を芯体の中立状態としてもよ
い。

さらに、前記実施例では、芯体として、光ファイバーを
用いているが、用途によっては、芯体として、ピアノ線
その他の光ファイバー以外の材料を用いることができる
ことは言うまでもなく、湾曲動作を行うということのみ
に関して言えば、芯体は、形状記憶合金に伸び変形を与
える反作用として生じる圧縮力に耐えられるものであれ
ばよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明による湾曲運動装置は、 （イ）湾曲運動により先端部を、一定範囲において三次
元空間の任意位置に移動させることができる。

（ロ）形状記憶合金の伸び変形からの形状回復力を利用
するので、芯体を、大きな力で、かつ高速に湾曲させる
ことができる。

等の優れた効果を得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による湾曲運動装置の一実施例を示す平
面図、第２図は前記実施例を示す側面図、第３図は前記
実施例における中間の円板に対する形状記憶合金の貫通
状態を示す拡大断面図、第４図は前記実施例が湾曲して
いる状態を示す斜視図である。 １……光ファイバー、３……円板（ガイド手段）、５
ａ，５ｂ，５ｃ……形状記憶合金、６……パイプ（ガイ
ド手段）、８……通電装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 栄一 神奈川県鎌倉市手広427の10 (56)参考文献 実開 昭59−2344（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長い可撓性の芯体と、それぞれ所定の長さ
   を記憶しているとともに、一端側を前記芯体の一端側
   に、他端側を前記芯体の他端側にそれぞれ固定された３
   本以上の線状の形状記憶合金と、これらの形状記憶合金
   をそれぞれ前記芯体に沿って延びるように案内するガイ
   ド手段と、各前記形状記憶合金をそれぞれ独立に加熱す
   る手段とを有してなり、 各前記形状記憶合金が記憶している長さは、前記形状記
   憶合金のすべてが一定温度以下の状態で、前記芯体が真
   直ぐな状態または任意の湾曲形状の中から予め選択され
   ている所定の中立形状になった場合、前記形状記憶合金
   のすべてが、前記芯体に引張られることにより、該記憶
   している長さに比し伸び変形を受けることとなる長さと
   されていることを特徴とする湾曲運動装置。