JPH06320473A - 多関節マニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】直径を小さくしても内部孔中へのエンドエフェ
クタの為のケーブルの挿通を容易に行うことが出来て、
実用上十分に使用することが出来る多関節マニピュレー
タを提供することである。 【構成】相互に同心的に連結されて所定の方向に湾曲す
る複数の環状部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１４ａ，１
４ｂ，１４ｃを夫々が有した複数の湾曲部１０Ａ，１０
Ｂが線状に配置されて隣接する２つが相互に異なる方向
に湾曲するよう相互に連結されている。複数の湾曲部の
夫々には、対応する湾曲部を所定の方向に選択的に湾曲
させる為に形状記憶合金製細長板（ＳＡＭ板）２８とこ
れらに電気的に連結された配線基板３６，３８及び加熱
制御用ＩＣ３４，５４とで構成された複数のアクチュエ
ータが配置されている。複数の湾曲部の複数の環状部材
には複数の湾曲部の中心線に沿い線状に延出した切り欠
き２４が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は多関節マニピュレータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】自在に湾曲するマニピュレータは良く知
られており、例えば特開昭６０−１５６４３０号公報に
記載されている。この公報に記載されているマニピュレ
ータは内視鏡の体内挿入部に応用されている。ここでマ
ニピュレータは、線状に配置されて相互に連結され夫々
が所定の方向に湾曲する複数の湾曲部と、複数の湾曲部
の外周面を覆う柔軟なチューブと、を備えており、複数
の湾曲部の中の相互に隣接する２つは相互に異なった方
向に湾曲する。複数の湾曲部の夫々は相互に同心的に配
置されて所定の方向に湾曲するよう相互に連結された複
数の円環状部材により構成されていて、複数の円環状部
材にはこれらを選択的に所定の方向に湾曲させる為のア
クチュエータが取り付けられている。マニピュレータの
延出端、即ち内視鏡の体内挿入部の延出端、には種々の
処置具や観察光学系の対物レンズやＣＣＤカメラ等のエ
ンドエフェクタが配置されていて、マニピュレータの複
数の湾曲部の複数の円環状部材の内部空洞中を上述した
種々の処置具や対物レンズやＣＣＤカメラ等のエンドエ
フェクタの為の操作ケーブルやイメージガイドファイバ
ケーブルや電気信号ケーブル等がマニピュレータの延出
端から基端部まで延出されている。

【０００３】実開昭６３−１９７５０３号公報には内視
鏡の体内挿入部を体腔中に導入し易くする為のスライデ
ィングチューブが開示されている。このスライディング
チューブは、所定の形状を維持する弾性を有した合成樹
脂製のチューブ本体とチューブ本体の周壁中に長手方向
に沿い所定の間隔で配置された複数の略Ｃ字形状の形状
記憶合金製の径調整部材とを備えている。チューブ本体
の周壁には長手方向に沿ったスリットが形成されてい
て、スリットは複数の略Ｃ字形状の径調整部材の切り欠
き部分を延出している。スライディングチューブの使用
時には、スライディングチューブのチューブ本体の内部
孔中にチューブ本体の半径方向からスリットを介して内
視鏡の体内挿入部を挿入した後に、スライディングチュ
ーブを直径方向から押圧してスライディングチューブの
スリットに沿った両縁部を相互に重複させることにより
スライディングチューブを縮径させ、体腔中への挿入を
容易とする。縮径されたスライディングチューブは体内
挿入部とともに体腔中に挿入される。この後、複数の径
調整部材はこれらに連結されてチューブ本体の周壁中を
延出しているリード線に電源から電流が供給されて加熱
され、複数の径調整部材に直径を拡大させることにより
チューブ本体の直径を縮径以前の値までもどす。これに
よりチューブ本体の内部孔中の内視鏡の体内挿入部は上
記内部孔中で周方向及び軸方向に自由に移動することが
出来る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】例えば内視鏡の分野で
は体内挿入部の直径を小さくすることが体腔中における
体内挿入部の自由度を増大させる上で重要である。しか
しながら自在に湾曲するマニピュレータの直径をより小
さくしようとすると、例えば上述した特開昭６０−１５
６４３０号公報に記載されているマニピュレータでは複
数の湾曲部の相互に連結された複数の円環状部材の夫々
の内孔の直径も小さくなり、マニピュレータの延出端、
即ち内視鏡の体内挿入部の延出端、に配置されている種
々の処置具や観察光学系の対物レンズやＣＣＤカメラ等
のエンドエフェクタの為の多数の円環状部材の内部空洞
中を上述した種々の処置具や対物レンズやＣＣＤカメラ
等のエンドエフェクタの為の操作ケーブルやイメージガ
イドファイバケーブルや電気信号ケーブル等を通過させ
るのが困難になる。

【０００５】実開昭６３−１９７５０３号公報に記載さ
れているスライディングチューブの如く、チューブ本体
の周壁に長手方向に沿ったスリットを形成すれば、チュ
ーブ本体を縮径してもチューブ本体の内孔中にスリット
を介して種々のケーブルを配置することが出来るが、こ
のようなスライディングチューブを所望の方向に選択的
に湾曲させる為のマニピュレータに仕立てるにはチュー
ブ本体の周壁の外周面上にアクチュエータを別途設けな
ければならず、このような追加の別体のアクチュエータ
はマニピュレータの直径の小形化には相応しいものでは
ない。

【０００６】この発明は上記事情の下で為され、この発
明の目的は、直径を小さくしても内部孔中へのエンドエ
フェクタの為のケーブルの挿通を容易に行うことが出来
て、実用上十分に使用することが出来る多関節マニピュ
レータを提供することである。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】上述した目的を達成する為
に、この発明に従った多関節マニピュレータは：相互に
同心的に配置され相互に連結されて所定の方向に湾曲す
る複数の環状部材を夫々が有し、線状に配置されて相互
に連結され、隣接する２つが相互に異なる方向に湾曲す
る複数の湾曲部と；複数の湾曲部の夫々に対応して設け
られ、対応する湾曲部を対応する湾曲部の所定の方向に
選択的に湾曲させる複数のアクチュエータと；そして、
複数の湾曲部の複数の環状部材に形成され、複数の湾曲
部の中心線に沿い線状に延出した切り欠きと；を備えた
ことを特徴している。

【０００８】

【作用】相互に同心的に配置され相互に連結されて所定
の方向に湾曲する複数の環状部材を夫々が有した複数の
湾曲部を線状に配置し隣接する２つが相互に異なる方向
に湾曲するよう相互に連結し、複数の湾曲部の夫々に対
応する湾曲部を対応する湾曲部の所定の方向に選択的に
湾曲させるアクチュエータを設けることにより、所望の
方向に選択的に湾曲可能な多関節マニピュレータが構成
される。

【０００９】これら複数の湾曲部の複数の環状部材に複
数の湾曲部の中心線に沿い線状に延出した切り欠きを形
成することにより、多関節マニピュレータの直径を細く
する為に複数の湾曲部の複数の環状部材の直径を細くし
ても、切り欠きを介して複数の湾曲部の半径方向から複
数の環状部材の内部孔中に多関節マニピュレータのエン
ドエフェクタの為のケーブルを容易に挿通させることが
出来る。

【００１０】

【実施例】以下この発明の種々の実施例を添付の図面を
参照しながら、詳細に説明する。 ［第１の実施例］図１の（Ａ）には、この発明の第１の
実施例に従った多関節マニピュレータの主要部が示され
ている。

【００１１】第１の実施例の多関節マニピュレータは、
例えば内視鏡の体内挿入部に適用されていて、線状に同
心的に配置され夫々が所定の方向に湾曲する複数の湾曲
部１０Ａ，１０Ｂ，…を備えている。複数の湾曲部１０
Ａ，１０Ｂ，…は隣接する２つが相互に異なる方向に湾
曲するよう相互に連結されている。複数の湾曲部１０
Ａ，１０Ｂ，…の外周面は、例えば可撓性樹脂製のチュ
ーブにより覆われているが、上記チューブは図１では示
されていない。

【００１２】上記主要部は多関節マニピュレータの先端
部の２つの湾曲部１０Ａ，１０Ｂである。先端の湾曲部
１０Ａは相互に同心的に連結された３個の円環状部材１
２ａ，１２ｂ，１２ｃを含んでおり、先端の湾曲部１０
Ａに隣接する湾曲部１０Ｂもまた相互に同心的に連結さ
れた３個の円環状部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃを含んで
いる。

【００１３】先端の湾曲部１０Ａの円環状部材１２ａ，
１２ｂ，１２ｃの夫々は、図１の（Ｂ）に示す如く、周
壁の後端部の左右両端から後方に延出した１対の連結片
１６を後方に隣接した円環状部材の周壁の前端部の左右
両端に例えばピン１８により回動自在に連結されてお
り、これにより先端の湾曲部１０Ａは上下方向に湾曲自
在である。

【００１４】隣接する湾曲部１０Ｂの円環状部材１４
ａ，１４ｂ，１４ｃの夫々は、図１の（Ｃ）に示す如
く、周壁の後端部の上端から後方に延出した１つの連結
片２０を後方に隣接した円環状部材の周壁の前端部の上
端に例えばピン２２により回動自在に連結されており、
これにより隣接する湾曲部１０Ｂは左右方向に湾曲自在
である。

【００１５】図１の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に良く示す
如く、複数の湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，…が有する複数の
円環状部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ及び…の夫々の周壁の下端部には複数の湾曲
部１０Ａ，１０Ｂ，…の中心線に沿い延出した細長い切
り欠き２４が形成されている。

【００１６】図１の（Ａ）に良く示す如く、先端の湾曲
部１０Ａの円環状部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃの夫々の
周壁の上端には上記中心線に沿い延出した溝２６が形成
されていて、溝２６には形状記憶合金製の細長い板（以
下、ＳＡＭ板という）２８が配置されている。ＳＡＭ板
２８は上記周壁の一部により形成されている押さえ板３
０により溝２６中に保持されていて、溝２６中で円環状
部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対して長手方向に相対的
に摺動自在である。ＳＡＭ板２８の一端部は隣接する湾
曲部１０Ｂの先頭の円環状部材１４ａの周壁に形成され
ている溝３２の上端延出部に固定されている。

【００１７】図１の（Ａ），（Ｄ）に良く示す如く、隣
接する湾曲部１０Ｂの先頭の円環状部材１４ａの周壁に
形成されている溝３２中には先端の湾曲部１０Ａの為の
ＳＡＭ板２８の加熱制御用のＩＣ３４も固定されてお
り、溝３２中でＳＡＭ板２８の一端部とＩＣ３４は可撓
性の配線基板３６により電気的に連結されている。

【００１８】図１の（Ａ），（Ｃ）に良く示す如く、隣
接する湾曲部１０Ｂ及びそれ以降の複数の湾曲部の複数
の円環状部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び…の夫々の周
壁で上端から時計回り方向に少しずれた位置にはＩＣ３
４から複数の湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，…の中心線に沿い
線状に延出した配線溝３８が形成されており、この配線
溝３８中を複数の湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，…の基端部に
向けてＩＣ３４からの配線基板４０が延出し例えば接着
剤により固定されている。

【００１９】隣接する湾曲部１０Ｂの複数の円環状部材
１４ａ，１４ｂ，１４ｃの夫々の周壁で上端から時計回
り方向に略９０度ずれた位置には上記中心線に沿い延出
した溝４２が形成されていて、溝４２には形状記憶合金
製の細長い板（以下、ＳＡＭ板という）４４が配置され
ている。ＳＡＭ板４４は上記周壁の一部により形成され
ている押さえ板４６により溝４２中に保持されていて、
溝４２中で円環状部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃに対して
長手方向に相対的に摺動自在である。ＳＡＭ板４４の一
端部は隣接する湾曲部１０Ｂの後方にさらに隣接する湾
曲部の先頭の円環状部材４８ａの周壁に形成されている
溝５０の右端延出部に固定されている。

【００２０】上記さらに隣接する湾曲部の先頭の円環状
部材４８ａの周壁に形成されている溝５０中には可撓性
の配線基板５２が配置されていて、配線基板５２は円環
状部材４８ａの周壁に形成されている配線溝３８中の配
線基板４０に電気的に介在されて配線溝３８中に固定さ
れているＩＣ５４と隣接する湾曲部１０Ｂの為のＳＡＭ
板４４の一端部とを電気的に接続している。ＩＣ５４は
ＳＡＭ板４４の加熱制御用である。

【００２１】即ち、この実施例では、複数の湾曲部１０
Ａ，１０Ｂ，…の夫々の複数の円環状部材１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ及び１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び…の夫々の
周壁にこれらを所定の方向に湾曲させる為のＳＡＭ板２
８，４４，…が上記湾曲が行われる仮想面を含む周方向
位置で複数の湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，…の中心線に沿っ
て延出するよう配置されているとともに、夫々のＳＡＭ
板２８，４４，…の後端部が夫々が設けられている湾曲
部１０Ａ，１０Ｂ，…の後端に隣接した湾曲部１０Ｂ，
…の中の先頭の円環状部材１４ａ，４８ａ，…の周壁に
形成されている溝３２，５０，…中に固定されており、
また、これら先頭の円環状部材１４ａ，４８ａ，…の周
壁に形成されている配線溝３８中に固定されているＩＣ
３４，５４，…により加熱制御される。

【００２２】先端の湾曲部１０Ａの先頭の円環状部材１
２ａの先端には例えば図示しない種々の処置具や観察光
学系の対物レンズやＣＣＤカメラ等のエンドエフェクタ
が配置されていて、複数の湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，…の
夫々の複数の円環状部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１
４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び…の内部空洞中に図１の
（Ａ）に２点鎖線で示す如く上述した種々の処置具や対
物レンズやＣＣＤカメラ等のエンドエフェクタの為の操
作ケーブルやイメージガイドファイバケーブルや電気信
号ケーブル等５６が先端の湾曲部１０Ａから基端の図示
しない湾曲部まで延出されている。

【００２３】これら種々のケーブル５６は図１の（Ａ）
に実線で示す如く複数の湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，…の夫
々の複数の円環状部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１４
ａ，１４ｂ，１４ｃ及び…の下方からこれらの下端の切
り欠き２４を介して矢印Ｘで示す如く全ての円環状部材
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及
び…の内部空洞中に挿入することが出来る。

【００２４】これにより種々のケーブル５６は、基端の
図示しない湾曲部の基端面における上記内部空洞の開口
または先端の湾曲部１０Ａの先端面における上記内部空
洞の開口から複数の湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，…の中心線
に沿い挿入する場合に比べると、複数の湾曲部１０Ａ，
１０Ｂ，…の夫々の複数の円環状部材１２ａ，１２ｂ，
１２ｃ及び１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び…の小径化を行
ったとしても、複数の円環状部材１２ａ，１２ｂ，１２
ｃ及び１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び…の内周面から受け
る摩擦抵抗が少なくすむので、種々のケーブル５６に破
損を生じさせることなく容易に短時間で全ての円環状部
材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１４ａ，１４ｂ，１４ｃ
及び…の内部空洞中に挿入することが出来る。

【００２５】上述した第１の実施例では、複数の湾曲部
１０Ａ，１０Ｂ，…を所定の方向に湾曲させる為のＳＡ
Ｍ板２８，４４，…に直線形状と所定の湾曲形状とが記
憶されており、各ＳＡＭ板２８，４４，…は配線基板４
０からＩＣ３４，５４，…を介して分岐されている配線
基板３６，５２に通電されるまでは、図１の（Ａ）及び
図２の（Ａ）に示す如く、直線形状を保ち、配線基板３
６，５２に通電され対応するＩＣ３４，５４，…により
所定の温度に保持されることにより、図２の（Ｂ）に示
す如く、所定の方向に所定の湾曲を行う。

【００２６】これに従って対応する湾曲部１０Ａ，１０
Ｂ，…もまた直線形状を保ち、あるいは所定の方向に所
定の湾曲が行われる。通電が終了すると各ＳＡＭ板２
８，４４，…は直線形状に戻り、また図示しない可撓性
樹脂製のチューブの弾性によっても対応する湾曲部１０
Ａ，１０Ｂ，…は直線形状に復帰する。

【００２７】この実施例では、複数の湾曲部１０Ａ，１
０Ｂ，…を所定の方向に湾曲させる為のＳＡＭ板２８，
４４，…配線基板４０，３６，５２，…及びＩＣ３４，
５４，…が複数の湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，…の夫々の複
数の円環状部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１４ａ，１
４ｂ，１４ｃ及び…の外周面上に配置されるので、複数
の円環状部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１４ａ，１４
ｂ，１４ｃを相互に連結させた後にＳＡＭ板２８，４
４，…配線基板４０，３６，５２，…及びＩＣ３４，５
４，…を複数の円環状部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ上の所定の位置に容易に保持さ
せることが出来る。 ［第２の実施例］図３の（Ａ）には、第２の実施例の多
関節マニピュレータに使用される複数の湾曲部７０Ａ，
７０Ｂ，…の主要部が示されている。この実施例では、
複数の湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…はＮｉ−Ｔｉ系の超弾
性合金製のパイプを例えばワイヤ放電加工やエッチング
加工の如き除去加工することによりに一体的に形成され
ており、パイプの下端に複数の湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，
…の中心線に沿い線状に延出した切り欠き７２が形成さ
れている。

【００２８】切り欠き７２は複数の湾曲部７０Ａ，７０
Ｂ，…の内部空洞中に図１の（Ａ）に２点鎖線で示す如
く前述の処置具や対物レンズやＣＣＤカメラ等のエンド
エフェクタの為の操作ケーブルやイメージガイドファイ
バケーブルや電気信号ケーブル等５６を容易に短時間で
挿入させる為に使用される。

【００２９】先頭の湾曲部７０Ａは上端に橋状部７４を
残した横断切り欠き７６により４つの略円筒形状部分７
８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄに部分的に相互に分離さ
れており、先頭の湾曲部７０Ａの後方に隣接した湾曲部
７０Ｂは右端の橋状部８０を残した横断切り欠き８２に
より４つの略円筒形状部分８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，…
に相互に分離されており、以下隣接した湾曲部７０Ｂの
後方に続く複数の図示しない湾曲部においても夫々の前
方に隣接した湾曲部の橋状部とは周方向に略９０度ずれ
た位置に橋状部を残した横断切り欠きにより所定の数の
略円筒形状部分に相互に分離されている。

【００３０】複数の湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…の複数の
略円筒形状部分７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄ及び８
４ａ，８４ｂ，８４ｃ，…及び…の夫々の外周面には、
図３の（Ｂ）に示す如く複数の湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，
…の夫々に夫々が対応する橋状部７４，８０，…上を延
出する形状合金製の細長い板（以下、ＳＭＡ板という）
８６が前述の第１の実施例の場合の如く配置されてい
て、またＳＭＡ板８６…の加熱の為の図示しない配線基
板や加熱制御の為の図示しないＩＣもまた前述の第１の
実施例の場合の如く複数の略円筒形状部分７８ａ，７８
ｂ，７８ｃ，７８ｄ及び８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，…及
び…の夫々の外周面に配置されている。

【００３１】複数の湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…の夫々は
対応するＳＭＡ板８６…に通電されない場合、図３の
（Ｂ）に示す如く直線形状を保ち、ＳＭＡ板８６…に通
電されＳＭＡ板８６…が所定の温度に保持される場合、
図３の（Ｃ）に示す如く所定の湾曲形状を保ち、ひいて
は対応する湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…もまた直線形状を
保ち、あるいは橋状部７４，８０により所定の方向に所
定の湾曲が行われる。

【００３２】通電が終了すると各ＳＡＭ板８６…は直線
形状に戻り、また複数の湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…を覆
っている図示しない可撓性樹脂製のチューブの弾性によ
っても対応する湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…は直線形状に
復帰する。

【００３３】この実施例では、複数の湾曲部７０Ａ，７
０Ｂ，…がＮｉ−Ｔｉ系の超弾性合金製のパイプから形
成されるので、種々のケーブル５６の為の切り欠き７２
の幅を前述した第１の実施例に比べて非常に小さくして
も、切り欠き７２を大きく押し広げることにより種々の
ケーブル５６を複数の湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…の内部
空洞中に容易に挿入することが出来るばかりでなく、内
部空洞中の種々のケーブル５６をより良く外力から防護
することが出来る。

【００３４】またＮｉ−Ｔｉ系の超弾性合金製のパイプ
から一体的に形成されるので、複数の円環状部材１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び…
をピン１８，２２，…により相互に回動自在自在に連結
するという煩雑な作業がいらない。 ［第３の実施例］この実施例は、第２の実施例において
Ｎｉ−Ｔｉ系の超弾性合金製のパイプから一体的に形成
されていた複数の湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…を形状記憶
合金製のパイプから一体的に形成することにより構成さ
れる。湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…は図３の（Ａ）及び
（Ｂ）に示されている如き直線形状と図３の（Ｃ）に示
されている如き湾曲形状とを記憶しており、第２の実施
例におけるＳＭＡ板８６…に代わり薄膜ヒータが複数の
湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…の夫々が対応する橋状部７
４，８０，…上を延出している。

【００３５】複数の湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…の夫々は
対応する薄膜ヒータに通電されない場合、図３の（Ｂ）
に示す如く直線形状を保ち、薄膜ヒータに通電され薄膜
ヒータが所定の温度に保持される場合、図３の（Ｃ）に
示す如く所定の湾曲形状を保ち、ひいては対応する湾曲
部７０Ａ，７０Ｂ，…もまた直線形状を保ち、あるいは
橋状部７４，８０により所定の方向に所定の湾曲が行わ
れる。

【００３６】薄膜ヒータへの通電が終了すると複数の湾
曲部７０Ａ，７０Ｂ，…を覆っている図示しない可撓性
樹脂製のチューブの弾性によっても対応する湾曲部７０
Ａ，７０Ｂ，…は直線形状に復帰する。

【００３７】この実施例の場合、Ｎｉ−Ｔｉ系の超弾性
合金製のパイプから複数の湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…を
一体的に形成する作業の他に複数の湾曲部７０Ａ，７０
Ｂ，…に対応して複数のＳＡＭ板８６…を独立して準備
し、また対応する湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…に取り付け
なければならない第２の実施例の場合に比べると、薄膜
ヒータを準備し、また対応する湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，
…に取り付ける作業の方がずっと容易である。何故なら
ば、薄膜ヒータは市販の汎用品を利用するかまたは大袈
裟な加工を必要とすることなく準備出来るからであり、
また例えば接着剤を利用して湾曲部７０Ａ，７０Ｂ，…
上の所定の場所に配置や固定の為の溝や保持片等の形成
なしで容易に固定することが出来るからである。 ［第４の実施例］次に図４を参照して、この発明の第４
の実施例に従った多関節マニピュレータの主要部を説明
する。

【００３８】なおこの主要部の基本構造は図１を参考に
して前述した第１の実施例の基本構造と同じでなので、
前述した第１の実施例と共通の部材には共通の参照符号
を記しそれについての詳細な説明は省略する。また、図
４には、隣接する湾曲部１０Ｂの後方にさらに隣接する
湾曲部１０Ｃの複数の円環状部材４８ａ，４８ｂ，４８
ｃも示されており、これらの構造は先端の湾曲部１０Ｃ
の複数の円環状部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃの構造と同
じであり、複数の円環状部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃと
共通の部材には共通の参照符号を記しそれについての詳
細な説明は省略する。

【００３９】この実施例は複数の湾曲部１０Ａ，１０
Ｂ，１０Ｃ，…の夫々を所定の方向に湾曲させる為のア
クチュエータの構造が前述した第１の実施例と異なって
いる。この実施例では、前述した第１の実施例のＳＡＭ
板２８，４４，…に代わり、長四角環形状の形状記憶合
金ワイヤ（以下、ＳＡＭワイヤという）９０ａ，９０
ｂ，９０ｃ，…が使用されている。

【００４０】ＳＡＭワイヤ９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，…
は、図４の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す如く複数の湾
曲部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，…の夫々の複数の円環状
部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ及び４８ａ，４８ｂ，４８ｃ及び…の外周面と後方に
隣接する湾曲部１０Ｂ及び１０Ｃ及び…の先頭の円環状
部材１４ａ及び４８ａ及び…の外周面上に形成された長
四角環形状の溝９２ａ，９２ｂ、９２ｃ，…中に配置さ
れ、複数の円環状部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１４
ａ，１４ｂ，１４ｃ及び４８ａ，４８ｂ，４８ｃ及び…
の周壁の一部により形成されている押さえ板９４により
溝９２ａ，９２ｂ、９２ｃ，…中に保持されている。

【００４１】なお長四角環形状の溝９２ａ，９２ｂ、９
２ｃ，…の中の隣り合うものは、周方向において相互に
異なった位置に配置され、第３の実施例では略９０度周
方向において相互に異なった位置に配置されている。

【００４２】ＳＡＭワイヤ９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，…
の夫々は、後方に隣接する湾曲部１０Ｂ，１０Ｃ，…の
夫々の複数の円環状部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び４
８ａ，４８ｂ，４８ｃ及び…の外周面上に形成され複数
の湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，…の基端に向かい線
状に延出した配線溝９６中に配置され例えば接着剤等に
より固定された配線基板９８により上記基端の図示しな
い加熱温度制御手段を介して図示しない電源に選択的に
電気的に接続される。

【００４３】ＳＡＭワイヤ９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，…
の夫々は通電されない場合、図４の（Ａ）に示す如く、
対応する湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，…の夫々の複
数の円環状部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１４ａ，１
４ｂ，１４ｃ及び４８ａ，４８ｂ，４８ｃ及び…を直線
状に保つ長さに保持されており、通電され所定の温度に
保たれる場合、図４の（Ａ）の状態より縮み対応する湾
曲部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，…の夫々の複数の円環状
部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ及び４８ａ，４８ｂ，４８ｃ及び…を自身の方に引き
付け、自身が内側に位置するよう湾曲させる。

【００４４】これに従って対応する湾曲部１０Ａ，１０
Ｂ，１０Ｃ…もまた直線形状を保ち、あるいは所定の方
向に所定の湾曲が行われる。通電が終了すると各ＳＡＭ
ワイヤ９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，…は直線形状に戻り、
また複数の湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，…の外周面
を覆う図示しない可撓性樹脂製のチューブの弾性により
対応する湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，…もまた直線形状に復
帰する。

【００４５】この実施例では、ＳＡＭワイヤ９０ａ，９
０ｂ，９０ｃ，…の収縮力を対応する湾曲部１０Ａ，１
０Ｂ，１０Ｃ，…の湾曲の為に使用しているので、ＳＡ
Ｍ板２８，４４の撓み力を対応する湾曲部１０Ａ，１０
Ｂ，…の湾曲の為に使用している前述の第１の実施例の
場合に比べ、大きな湾曲しようとする力や湾曲量を得る
ことが出来る。 ［第５の実施例］この実施例は、第４の実施例における
ＳＡＭワイヤ９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，…及び配線基板
９８に代わり、図５の（Ａ）に示されている如き細長い
横たわった略Ｕ字形状の形状記憶合金製パイプ（以下、
ＳＭＡパイプという）１００と、この内部に所定の流体
を供給する流体供給源１０２を使用している。

【００４６】ＳＭＡパイプ１００は直線形状と所定の湾
曲形状とを記憶しており、湾曲させたい部分に対応する
内表面の領域に上記流体と反応して発熱する触媒金属１
０４が固定されている。

【００４７】この実施例で触媒金属１０４は鉄（Ｆｅ）
であり、流体供給源１０２から供給される流体は窒素
（Ｎ₂ ）及び水素（Ｈ₂ ）である。流体供給源１０２か
ら窒素（Ｎ₂ ）及び水素（Ｈ₂ ）がＳＭＡパイプ１００
中に供給されると触媒金属１０４の鉄（Ｆｅ）と以下の
反応を生じさせ、湾曲させたい部分を加熱する。

【００４８】 この加熱によりＳＭＡパイプ１００の湾曲させたい部分
が所定の温度以上になると、上記湾曲させたい部分が図
５の（Ｂ）に示す如く記憶していた所定の湾曲形状とな
る。

【００４９】ＳＭＡパイプ１００の所定の湾曲形状を直
線形状に戻すには流体供給源１０２からＳＭＡパイプ１
００中への流体の供給を停止することにより上記発熱反
応を停止させれば良い。

【００５０】この現象を利用して第４の実施例における
複数の湾曲部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，…の夫々を選択
的に所定の形状に湾曲させることが出来る。この実施例
の場合には、第４の実施例と比べると電気絶縁対策が不
要である。

【００５１】なおこの実施例では、触媒金属１０４を白
金（Ｐｔ）とし、流体供給源１０２から供給される流体
を水素（Ｈ₂ ）及びヨウ素（Ｉ₂ ）としても、流体供給
源１０２からＳＭＡパイプ１００中へこれらの流体を供
給することにより上述した如く湾曲させたい部分の触媒
金属１０４、ひいては湾曲させたい部分、を加熱し湾曲
させることが出来る。

【００５２】この場合の化学反応は以下のようである。 また、図６に示す如く、ＳＭＡパイプ１００中の湾曲さ
せたい２つの部分の内表面に２つの相互に異なる触媒金
属１０４ａ，１０４ｂ、例えば上述した鉄（Ｆｅ）及び
白金（Ｐｔ）、を固定し、図示しない流体供給源から２
つの相互に異なる触媒金属１０４ａ，１０４ｂと反応し
て熱を生じる相互に異なる流体、例えば上述した鉄（Ｆ
ｅ）及び白金（Ｐｔ）が２つの相互に異なる触媒金属１
０４ａ，１０４ｂの場合には窒素（Ｎ₂ ）及び水素（Ｈ
₂ ）の組み合わせか、または水素（Ｈ₂ ）及びヨウ素
（Ｉ₂ ）の組み合わせ、をＳＭＡパイプ１００中に供給
することにより、湾曲させたい２つの部分を選択的に所
定の湾曲形状とすることが出来る。 ［第６の実施例］この実施例は、第４の実施例における
ＳＡＭワイヤ９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，…及び配線基板
９８に代わり、図７の（Ａ）に示されている如き２重の
形状記憶合金製パイプ（以下、ＳＭＡパイプという）１
１０，１１２と小径のＳＭＡパイプ１１０に巻装された
加熱用ヒータ１１４が使用されている。

【００５３】小径のＳＭＡパイプ１１０と大径のＳＭＡ
パイプ１１２とは相互に異なった温度で相互に異なった
方向へ湾曲するよう記憶されており、夫々に定められた
所定の温度になるまでは図７の（Ａ）に示されている如
き直線形状に保たれている。

【００５４】なお小径のＳＭＡパイプ１１０が所定の湾
曲を行う温度は大径のＳＭＡパイプ１１２が所定の湾曲
を行う温度よりも低く設定されている。この実施例にお
いては、加熱用ヒータ１１４に通電し小径のＳＭＡパイ
プ１１０が所定の温度に到達すると小径のＳＭＡパイプ
１１０は図７の（Ｂ）に示す如く所定の方向に所定の湾
曲を行う。これにより大径のＳＭＡパイプ１１２もまた
小径のＳＭＡパイプ１１０が湾曲する力により小径のＳ
ＭＡパイプ１１０とともに同じ方向に湾曲する。

【００５５】加熱用ヒータ１１４への通電をさらに続
け、大径のＳＭＡパイプ１１２が所定の温度に到達する
と大径のＳＭＡパイプ１１２は図７の（Ｃ）に示す如く
所定の方向に所定の湾曲を行う。大径のＳＭＡパイプ１
１２が湾曲する方向は小径のＳＭＡパイプ１１０が湾曲
する方向と異なるが、大径のＳＭＡパイプ１１２は断面
積が小径のＳＭＡパイプ１１０よりも大きく大径のＳＭ
Ａパイプ１１２が湾曲する力は小径のＳＭＡパイプ１１
０が湾曲する力よりも大きいので、大径のＳＭＡパイプ
１１２の湾曲にともない小径のＳＭＡパイプ１１０も大
径のＳＭＡパイプ１１２と同じ方向に湾曲する。

【００５６】加熱用ヒータ１１４への通電が停止され大
径のＳＭＡパイプ１１２の温度が所定の温度よりも低下
すると大径のＳＭＡパイプ１１２が所定の方向に湾曲す
る力を発生しなくなり、大径のＳＭＡパイプ１１２は小
径のＳＭＡパイプ１１０が湾曲する力により小径のＳＭ
Ａパイプ１１０とともに同じ方向に湾曲するようにな
る。小径のＳＭＡパイプ１１０の温度が所定の温度より
も低下すると小径のＳＭＡパイプ１１０が所定の方向に
湾曲する力を発生しなくなり、小径のＳＭＡパイプ１１
０は大径のＳＭＡパイプ１１２とともに図７の（Ａ）に
示されている如き直線形状に復帰する。

【００５７】この実施例では、１方向へのみ湾曲するこ
としか記憶出来ない材料から形成された部材を使用して
も、湾曲を開始する温度が異なる材料の部材を組み合わ
せることにより相互に異なった方向に選択的に湾曲させ
ることが出来ることが示されている。 ［第７の実施例］この実施例は、第４の実施例における
ＳＡＭワイヤ９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，…及び配線基板
９８に代わり、図８の（Ａ）に示されている如き小径の
形状記憶合金製パイプ（以下、ＳＭＡパイプという）１
２０と小径のＳＭＡパイプ１２０が挿入され一端が閉塞
された大径の形状記憶合金製パイプ（以下、ＳＭＡパイ
プという）１２２とこれら小径のＳＭＡパイプ１２０及
び大径のＳＭＡパイプ１２２の図示されていない他端に
連結されている図示しない温水供給手段とが使用されて
いる。

【００５８】小径のＳＭＡパイプ１２０と大径のＳＭＡ
パイプ１２２とは相互に異なった温度で相互に異なった
方向へ湾曲するよう記憶されており、夫々に定められた
所定の温度になるまでは図８の（Ａ）に示されている如
き直線形状に保たれている。

【００５９】なお小径のＳＭＡパイプ１２０が所定の湾
曲を行う温度は大径のＳＭＡパイプ１２２が所定の湾曲
を行う温度よりも低く設定されている。この実施例にお
いては、小径のＳＭＡパイプ１２０と大径のＳＭＡパイ
プ１２２との間にこれらの図示しない他端から図示しな
い温水供給手段により温水が供給され、この温水は図８
の（Ａ）に示されている小径のＳＭＡパイプ１２０の一
端から他端から図示しない温水供給手段に戻される。上
記温水により小径のＳＭＡパイプ１２０が所定の湾曲を
行う温度に到達すると小径のＳＭＡパイプ１２０は所定
の方向に所定の湾曲を行う。これにより大径のＳＭＡパ
イプ１２２もまた小径のＳＭＡパイプ１２０が湾曲する
力により小径のＳＭＡパイプ１２０とともに同じ方向に
湾曲する。

【００６０】上記温水の温度をさらに上昇させ、大径の
ＳＭＡパイプ１２２が所定の温度に到達すると大径のＳ
ＭＡパイプ１２２は所定の方向に所定の湾曲を行う。大
径のＳＭＡパイプ１２２が湾曲する方向は小径のＳＭＡ
パイプ１２０が湾曲する方向と異なるが、大径のＳＭＡ
パイプ１２２は断面積が小径のＳＭＡパイプ１２０より
も大きく大径のＳＭＡパイプ１２２が湾曲する力は小径
のＳＭＡパイプ１２０が湾曲する力よりも大きいので、
大径のＳＭＡパイプ１２２の湾曲にともない小径のＳＭ
Ａパイプ１２０も大径のＳＭＡパイプ１２２と同じ方向
に湾曲する。

【００６１】図示しない温水供給手段からの温水の供給
が停止され、大径のＳＭＡパイプ１２２の温度が所定の
温度よりも低下すると大径のＳＭＡパイプ１２２が所定
の方向に湾曲する力を発生しなくなり、大径のＳＭＡパ
イプ１２２は小径のＳＭＡパイプ１２０が湾曲する力に
より小径のＳＭＡパイプ１２０とともに同じ方向に湾曲
するようになる。小径のＳＭＡパイプ１２０の温度が所
定の温度よりも低下すると小径のＳＭＡパイプ１２０が
所定の方向に湾曲する力を発生しなくなり、小径のＳＭ
Ａパイプ１２０は大径のＳＭＡパイプ１２２とともに図
８の（Ａ）に示されている如き直線形状に復帰する。

【００６２】この実施例でも前述の第６の実施例の場合
と同様に、１方向へのみ湾曲することしか記憶出来ない
材料から形成された部材を使用しても、湾曲を開始する
温度が異なる材料の部材を組み合わせることにより相互
に異なった方向に選択的に湾曲させることが出来ること
が示されている。 ［第８の実施例］この実施例は第７の実施例の２重のＳ
ＭＡパイプ１２０，１２２の夫々の内外周面の所望の部
分に断熱材１２４を固定することにより、２重のＳＭＡ
パイプ１２０，１２２の夫々が夫々の所定の温度で湾曲
する部分を制御するよう構成されている。

【００６３】大径のＳＭＡパイプ１２２において内周面
に断熱材１２４が固定されている部分は外周面に断熱材
１２４が固定されている部分が内部空間を流れる流体に
より所定の湾曲温度に到達した後でも所定の湾曲温度に
到達していない。外周面の断熱材１２４は外部への熱の
逃げを効果的に防止し、所定の湾曲温度を効果的に安定
して維持する。

【００６４】小径のＳＭＡパイプ１２０の外周面の断熱
材１２４は、大径のＳＭＡパイプ１２２が湾曲する温度
にまで大径のＳＭＡパイプ１２２と小径のＳＭＡパイプ
１２０との間の隙間を流れる流体の温度が上昇された場
合に、大径のＳＭＡパイプ１２２よりも湾曲する温度が
低い小径のＳＭＡパイプ１２０が流体の上記温度により
何等かの悪影響、例えば耐久性の低下、を受けないよう
にする為である。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述した如く、この発明の多関節マ
ニプュレータにおいては、直径を小さくしても内部孔中
へのエンドエフェクタの為のケーブルの挿通を容易に行
うことが出来て、実用上十分に使用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はこの発明の第１の実施例に従った多関
節マニピュレータの主要部を概略的に示す斜視図、
（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（Ｃ）は
（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、そして（Ｄ）は
（Ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。

【図２】（Ａ）は図１の（Ａ）に示された第１の実施例
の主要部の先頭の湾曲部が対応する形状記憶合金板のア
クチュエータにより直線状に保たれている状況を概略的
に示す概略図であり、そして（Ｂ）は図１の（Ａ）に示
された第１の実施例の主要部の先頭の湾曲部が対応する
形状記憶合金板のアクチュエータにより所定の方向に所
定の湾曲を行っている状況を概略的に示す概略図であ
る。

【図３】（Ａ）はこの発明の第２の実施例に従った多関
節マニピュレータの主要部を概略的に示す斜視図、
（Ｂ）は（Ａ）の第２の実施例の主要部の先頭の湾曲部
が対応する形状記憶合金板のアクチュエータにより直線
状に保たれている状況を概略的に示す概略図であり、そ
して（Ｃ）は（Ａ）の第２の実施例の主要部の先頭の湾
曲部が対応する形状記憶合金板のアクチュエータにより
所定の方向に所定の湾曲を行っている状況を概略的に示
す概略図である。

【図４】（Ａ）はこの発明の第３の実施例に従った多関
節マニピュレータの主要部を概略的に示す斜視図、
（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、そして
（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

【図５】（Ａ）はこの発明の第４の実施例に従った多関
節マニピュレータの湾曲部の駆動の為のアクチュエータ
を構成する加熱用触媒付き形状記憶合金パイプと触媒発
熱用流体供給源とを形状記憶合金パイプが直線状に伸び
た状態で示す概略図、そして（Ｂ）は流体供給源からの
流体により触媒が加熱され所定の湾曲を行った形状記憶
合金パイプを示す斜視図である。

【図６】この発明の第５の実施例に従った多関節マニピ
ュレータの湾曲部の駆動の為のアクチュエータを触媒発
熱用流体供給源とともに構成する複数の加熱用触媒付き
形状記憶合金パイプの部分的な縦断面図である。

【図７】（Ａ）はこの発明の第６の実施例に従った多関
節マニピュレータの湾曲部の駆動の為のアクチュエータ
を構成する２重の形状記憶合金パイプと小径の形状記憶
合金パイプに巻装された加熱用ヒータコイルとを直線状
態で示す縦断面図、（Ｂ）は小径の形状記憶合金パイプ
が加熱用ヒータコイルの加熱により所定の湾曲を行う状
態を示す斜視図、そして（Ｃ）は大径の形状記憶合金パ
イプが加熱用ヒータコイルの加熱により所定の湾曲を行
う状態を示す斜視図である。

【図８】（Ａ）はこの発明の第７の実施例に従った多関
節マニピュレータの湾曲部の駆動の為のアクチュエータ
を温水供給源とともに構成する２重の形状記憶合金パイ
プの閉塞された末端部を直線状態で示す縦断面図、そし
て（Ｂ）はこの発明の第８の実施例に従った多関節マニ
ピュレータの湾曲部の駆動の為のアクチュエータを温水
供給源とともに構成する断熱材付き２重の形状記憶合金
パイプの閉塞された末端部を直線状態で示す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…湾曲部、１２ａ，１２ｂ，１
２ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…円環状部材、１６…連
結片、１８…ピン、２０…連結片、２２…ピン、２４…
切り欠き、２６…溝、２８…形状記憶合金製の細長い板
（ＳＡＭ板）、３０…押さえ板、３２…溝、３４…Ｉ
Ｃ、３６…配線基板、３８…配線溝、４０…配線基板、
４２…溝、４４…形状記憶合金製の細長い板（ＳＡＭ
板）、４６…押さえ板、４８ａ，４８ｂ，４８ｃ…円環
状部材、５０…溝、５２…配線基板、５４…ＩＣ、５６
…ケーブル、７０Ａ，７０Ｂ…湾曲部、７２…切り欠
き、７４…橋状部、７６…横断切り欠き、７８ａ，７８
ｂ，７８ｃ，７８ｄ…略円筒形状部分、８０…橋状部、
８２…横断切り欠き、８４ａ，８４ｂ，８４ｃ…略円筒
形状部分、８６…形状合金製の細長い板（ＳＭＡ板）、
９０ａ，９０ｂ，９０ｃ…形状記憶合金ワイヤ（ＳＡＭ
ワイヤ）、９２ａ，９２ｂ、９２ｃ…溝、９４…押さえ
板、９６…配線溝、９８…配線基板、１００…形状記憶
合金製パイプ（ＳＭＡパイプ）、１０２…流体供給源、
１０４，１０４ａ，１０４ｂ…触媒金属、１１０，１１
２…形状記憶合金製パイプ（ＳＭＡパイプ）、１１４…
加熱用ヒータ、１２０，１２２…形状記憶合金製パイプ
（ＳＭＡパイプ）、１２４…断熱材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植田 康弘 東京都渋谷区幡ヶ谷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】 相互に同心的に配置され相互に連結され
   て所定の方向に湾曲する複数の環状部材を夫々が有し、
   線状に配置されて相互に連結され、隣接する２つが相互
   に異なる方向に湾曲する複数の湾曲部と；複数の湾曲部
   の夫々に対応して設けられ、対応する湾曲部を対応する
   湾曲部の所定の方向に選択的に湾曲させる複数のアクチ
   ュエータと；そして、 複数の湾曲部の複数の環状部材に形成され、複数の湾曲
   部の中心線に沿い線状に延出した切り欠きと；を備えた
   ことを特徴とする多関節マニピュレータ。