特許 6095055 直線駆動装置及び長尺ツール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6095055

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】直線駆動装置及び長尺ツール

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/10 20060101AFI20170306BHJP

   A61B 1/00 20060101ALI20170306BHJP

   G02B 23/24 20060101ALI20170306BHJP

【ＦＩ】

   F15B15/10 H

   A61B1/00 310G

   G02B23/24 A

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-1906(P2013-1906)

(22)【出願日】2013年1月9日

(65)【公開番号】特開2014-132960(P2014-132960A)

(43)【公開日】2014年7月24日

【審査請求日】2015年12月29日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２４年度、文部科学省イノベーションシステム整備事業、地域イノベーション戦略支援プログラム（グローバル型）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】593006630

【氏名又は名称】学校法人立命館

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】特許業務法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小西 聡

【審査官】 ▲高▼ 芳徳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１２７４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−２７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０６２１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３５７９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１３１２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３１９６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４２５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１６１９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０１８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０５１０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １５／１０

Ａ６１Ｂ １／００ − １／３２

Ｇ０２Ｂ ２３／２４ − ２３／２６

Ａ６１Ｍ ２５／００ − ２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体が供給されることにより膨張するバルーン駆動部と、このバルーン駆動部の膨張動作を直線方向の動作として出力する変換部と、を備え、
前記バルーン駆動部は、前記直線方向に平行な面に沿って設けられるベース部、前記ベース部の一方側に設けられ当該ベース部との間に供給された流体の圧力によって表面積を広げつつ伸びて膨張する第一膜体、及び、前記ベース部の他方側に設けられ当該ベース部との間に供給された流体の圧力によって表面積を広げつつ伸びて膨張する第二膜体を有し、
前記ベース部、前記第一膜体及び前記第二膜体によって積層体が構成され、
前記変換部は、前記バルーン駆動部の膨張動作に追従して変形可能である非伸縮性の部材により前記第一膜体側と前記第二膜体側とから前記バルーン駆動部を包囲して構成されたパンタグラフ機構を備え、
前記非伸縮性の部材の前記直線方向一方側の先端部は、前記直線方向に変位自在及び自由に曲がり変形することができる自由端であり、かつ、前記直線方向他方側の基端部は、前記積層体に対して変位は拘束されているが自由に曲がり変形することができる固定端であり、
前記バルーン駆動部の膨張動作により前記基端部に対して前記先端部が前記直線方向に接近する短縮動作が得られ、この短縮動作を前記直線方向の動作として出力することを特徴とする直線駆動装置。

【請求項2】

前記変換部は、前記第一膜体を覆う第一シート体及び前記第二膜体を覆う第二シート体を前記非伸縮性の部材として有し、
これら第一シート体及び第二シート体の前記直線方向の端部同士は結合されており、これら第一シート体及び第二シート体は、非伸縮性であるが柔軟性を有している請求項１に記載の直線駆動装置。

【請求項3】

前記直線方向に沿って複数の前記変換部が連結した状態で並んで設けられており、これら変換部それぞれに対して前記バルーン駆動部が設けられている請求項１又は２に記載の直線駆動装置。

【請求項4】

前記面に平行な方向に沿って短縮動作する前記変換部の一部が、前記積層体の一部に、前記直線方向から当接することで、当該変換部の更なる短縮動作を制限するストッパ部を有している請求項１〜３のいずれか一項に記載の直線駆動装置。

【請求項5】

動作可能な可動部を一端側に有しかつこの可動部から他端側に変形自在な軟性部を有している長尺体と、前記長尺体に組み込まれ前記可動部を動作させる駆動機構部と、を備え、
前記駆動機構部は、張力が付与されることにより当該可動部を動作させる操作ワイヤと、直線方向の動作を行って前記操作ワイヤを引っ張るアクチュエータと、を有し、
前記アクチュエータが、請求項１〜４のいずれか一項に記載の直線駆動装置であり、当該直線駆動装置が出力する前記直線方向の動作によって前記操作ワイヤを引っ張ることを特徴とする長尺ツール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直線動作を行う直線駆動装置、及び、この直線駆動装置によって動作する可動部を備えている長尺ツールに関する。

【背景技術】

【0002】

人体内部を観察することを目的とした医療機器として内視鏡が知られている。内視鏡は、先端部にＣＣＤ等の撮像部を備えている他に、体内組織の採取、切除、摘出などの各種処置を行うための処置具も備えることができる。処置具は、内視鏡の先端部に設けられる鉗子等の処置部材と、この処置部材を一端部に接続した操作ワイヤと、この操作ワイヤを被覆するシースと、操作ワイヤの他端部に接続した操作部とを有している。
医師は、ＣＣＤ等の撮像部によって撮像された映像を確認しながら、前記操作部を操作することにより操作ワイヤを引っ張り、これにより鉗子等の処置部材を動作させ、各種処置を行うことができる。

【0003】

また、内視鏡は、体腔の形状等に合わせて先端部をワイヤ駆動等により湾曲させることが可能であるが、前記シースは内視鏡とともに湾曲するだけで、自立的に曲がることはできなかった。そこで、本願の発明者は、内視鏡内に設けられた処置具のシース（長尺部材）を曲げることができる曲げ駆動装置を提案している（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−３２６号公報（図１参照）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の曲げ駆動装置は、エア等の流体を供給することによって膨張するバルーン（バルーン駆動部）を備えている。このバルーンは、エア圧の変化により膨張・収縮することができ、シース（長尺部材）のうち曲げたい方向と反対側の側面を、膨張することによって押すと、シース（長尺部材）は自立的に曲げ動作を行うことが可能となる。このように、流体によって駆動するバルーン駆動部によって、曲げ動作を出力する曲げ駆動装置が提供されている。

【0006】

そこで本発明では、バルーン駆動部によって直線動作を行うことが可能となる直線駆動装置を提供すること、及び、このような直線駆動装置によって動作する可動部を備えている長尺ツールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明の直線駆動装置は、流体が供給されることにより膨張するバルーン駆動部と、このバルーン駆動部の膨張動作を直線方向の動作として出力する変換部とを備え、前記バルーン駆動部は、前記直線方向に平行な面に沿って設けられるベース部、前記ベース部の一方側に設けられ当該ベース部との間に供給された流体の圧力によって表面積を広げつつ伸びて膨張する第一膜体、及び、前記ベース部の他方側に設けられ当該ベース部との間に供給された流体の圧力によって表面積を広げつつ伸びて膨張する第二膜体を有し、前記ベース部、前記第一膜体及び前記第二膜体によって積層体が構成され、前記変換部は、前記バルーン駆動部の膨張動作に追従して変形可能である非伸縮性の部材により前記第一膜体側と前記第二膜体側とから前記バルーン駆動部を包囲して構成されたパンタグラフ機構を備え、前記非伸縮性の部材の前記直線方向一方側の先端部は、前記直線方向に変位自在及び自由に曲がり変形することができる自由端であり、かつ、前記直線方向他方側の基端部は、前記積層体に対して変位は拘束されているが自由に曲がり変形することができる固定端であり、前記バルーン駆動部の膨張動作により前記基端部に対して前記先端部が前記直線方向に接近する短縮動作が得られ、この短縮動作を前記直線方向の動作として出力することを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、流体が供給されて第一膜体及び第二膜体が膨張することにより、変換部を、ベース部が設けられている面（仮想面）に直交する方向に拡大させると、変換部はその面に平行な方向、つまり前記直線方向に沿って短縮動作する。このため、この変換部のうち前記直線方向の一方側の端部を固定端とすれば、他方側の端部は一方側の端部（固定端）へと接近する動作が得られ、この動作を直線方向の動作として出力することが可能となる。

【0009】

（２）また、前記変換部は、前記第一膜体を覆う第一シート体及び前記第二膜体を覆う第二シート体を前記非伸縮性の部材として有し、これら第一シート体及び第二シート体の前記直線方向の端部同士は結合されており、これら第一シート体及び第二シート体は、非伸縮性であるが柔軟性を有しているのが好ましい。
この場合、バルーン駆動部に流体が供給されない状態では、全体として薄い構造となる。そして、バルーン駆動部に流体が供給されると、第一シート体及び第二シート体は、膨張する第一膜体及び第二膜体に追従して変形し、ベース部が設けられている面（仮想面）に直交する方向に拡大すると、この面に平行な方向、つまり前記直線方向に短縮動作することができる。

【0010】

（３）また、前記直線方向に沿って複数の前記変換部が連結した状態で並んで設けられており、これら変換部それぞれに対して前記バルーン駆動部が設けられているのが好ましい。
これにより、複数の変換部及び複数のバルーン駆動部が直列的に並んだ直線駆動装置が得られる。そして、複数のバルーン駆動部を同時に駆動させた場合、複数の変換部が直線方向に沿って同時に機能することができ、全体として、出力が大きくストロークの大きい直線方向の動作を得ることが可能となる。

【0011】

（４）また、前記直線駆動装置は、前記面に平行な方向に沿って短縮動作する前記変換部の一部が、前記積層体の一部に、前記直線方向から当接することで、当該変換部の更なる短縮動作を制限するストッパ部を有しているのが好ましい。
この場合、短縮動作する変換部の一部が、積層体の一部に、前記直線方向から当接することで、この変換部の更なる短縮動作が制限されることにより、直線駆動装置による直線方向の動作のストロークエンドを規定することができる。つまり、このストロークエンドまで、変換部は直線方向に沿って短縮動作することができる。

【0012】

（５）また、本発明の長尺ツールは、動作可能な可動部を一端側に有しかつこの可動部から他端側に変形自在な軟性部を有している長尺体と、前記長尺体に組み込まれ前記可動部を動作させる駆動機構部とを備え、前記駆動機構部は、張力が付与されることにより当該可動部を動作させる操作ワイヤと、直線方向の動作を行って前記操作ワイヤを引っ張るアクチュエータとを有し、前記アクチュエータが、前記（１）〜（４）のいずれか一つの直線駆動装置であり、当該直線駆動装置が出力する前記直線方向の動作によって前記操作ワイヤを引っ張ることを特徴とする。
本発明によれば、前記（１）〜（４）のいずれか一つの直線駆動装置の短縮動作により操作ワイヤが引っ張られ、長尺体の可動部を動作させることが可能となる。

【発明の効果】

【0013】

本発明の直線駆動装置によれば、流体が供給されることにより膨張するバルーン駆動部によって直線動作を行うことが可能となる。
本発明の長尺ツールによれば、前記直線駆動装置の短縮動作により操作ワイヤが引っ張られ、長尺体の可動部を動作させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の直線駆動装置のモデル図であり、（Ａ）は駆動前の状態、（Ｂ）は駆動途中の状態、（Ｃ）はストロークエンドまで駆動した状態を示している。

【図2】バルーン駆動部を説明するモデル図である。

【図3】変換部を説明するモデル図である。

【図4】直線駆動装置の動作の様子を示す写真であり、（Ａ）が短縮動作する前の状態であり、（Ｂ）が短縮動作した状態である。

【図5】比較例の説明図である。

【図6】直線駆動装置の機能を説明する説明図である。

【図7】直列接続型の直線駆動装置の構成を示す説明図である。

【図8】直列接続型の直線駆動装置の動作を説明する説明図である。

【図9】直線駆動装置が適用されている長尺ツールの概略図である。

【図10】長尺ツールの一部の説明図である。

【図11】内視鏡の模型に対して直線駆動装置を適用し、可動部を湾曲させる動作を行った写真である。

【図12】内視鏡の可動部に設けられる鉗子の開閉動作を直線駆動装置により行った写真である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔１． 直線駆動装置について〕
図１は、本発明の直線駆動装置のモデル図であり、（Ａ）は駆動前の状態（自然状態）、（Ｂ）は駆動途中の状態、（Ｃ）はストロークエンドまで駆動した状態を示している。この直線駆動装置１２は、エア（流体）が供給されることにより膨張するバルーン駆動部２０と、このバルーン駆動部２０の膨張動作を直線方向の動作として出力する変換部３０とを備えている。図１の場合、バルーン駆動部２０が膨張する方向は上下方向であり、変換部３０により出力される直線方向の動作は、左右方向の直線的な動作である。膨張する方向をＺ方向とし、出力される動作の直線方向をＸ方向とする。

【0016】

図２は、バルーン駆動部２０を説明するモデル図であり、説明を容易にするために図１に示す直線駆動装置１２から変換部３０を除いて示している。また、図３は、変換部３０を説明するモデル図であり、説明を容易にするために図１に示す直線駆動装置１２からバルーン駆動部２０を除いて示している。

【0017】

図１と図２に示すように、バルーン駆動部２０は、直線方向（Ｘ方向）に平行な面（仮想面）に沿って設けられる薄板状のベース部２１と、このベース部２１の一方側（一面２２側）に設けられている第一膜体２４と、このベース部２１の他方側（他面２３側）に設けられている第二膜体２５とを有している。なお、一面２２及び他面２３は、前記仮想面と平行な面である。

【0018】

第一膜体２４は、ベース部２１の一面２２側に積層状として設けられており、ベース部２１の全周縁部と第一膜体２４の全周縁部との間は接合されて密封状態となり、ベース部２１の全周縁部を除く中央部と第一膜体２４の全周縁部を除く中央部とは接合されておらず、これら中央部の間には隙間が形成される。
これと同様に、第二膜体２５は、ベース部２１の他面２３側に積層状として設けられており、ベース部２１の全周縁部と第二膜体２５の全周縁部との間は接合されて密封状態となり、ベース部２１の全周縁部を除く中央部と第二膜体２５の全周縁部を除く中央部とは接合されておらず、これら中央部の間には隙間が形成される。

【0019】

第一膜体２４及び第二膜体２５それぞれは、弾性変形に基づく伸縮が可能な薄膜部材からなり、本実施形態では、ジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）の薄膜部材からなる。また、ベース部２１を、ＰＤＭＳとしてもよいが、膜体２４，２５に比べて伸縮しない構成である必要がある。そのために、ベース部２１は膜体２４，２５に比べて厚く、ベース部２１の剛性は膜体２４，２５それぞれの剛性よりも充分に高くしており、ベース部２１は変形しない（変形しにくい）。なお、ベース部２１は、膜体２４，２５と異なる材質、特に伸縮性の乏しい材質であってもよく、ポリイミドフィルムとすることができる。

【0020】

第一膜体２４及び第二膜体２５は伸縮可能であることから、第一膜体２４は、ベース部２１との間に供給されたエアＡの圧力によって、表面積を広げつつ伸びて膨張することができる。また、第二膜体２５も、ベース部２１との間に供給されたエアの圧力によって、表面積を広げつつ伸びて膨張することができる。第一膜体２４及び第二膜体２５の膨張方向は、ベース部２１の面２２，２３に直交する方向、つまり、Ｘ方向に直交するＺ方向である。

【0021】

なお、第一膜体２４及び第二膜体２５のＸ方向の膨張は、ベース部２１により規制されている。つまり、この直線駆動装置１２は、エアが供給されることにより一方向（Ｚ方向）両側に膨張するバルーン駆動部２０と、このバルーン駆動部２０の膨張動作をその膨張の方向とは異なる直線方向（Ｘ方向）の動作として出力する変換部３０とを備えたものである。

【0022】

ベース部２１、第一膜体２４及び第二膜体２５からなる積層体２６の基端部２６ｂに、エアが流れるチューブ２７が接続されており、チューブ２７を通じてエアＡがベース部２１と第一膜体２４との間及びベース部２１と第二膜体２５との間に供給される。このエアＡの圧力の変化により、第一膜体２４及び第二膜体２５は膨張・収縮することができる。なお、収縮は、膨張した（伸びた）第一膜体２４及び第二膜体２５の復元力に基づく。

【0023】

図１と図３に示すように、本実施形態に係る変換部３０は、第一膜体２４を覆う第一シート体３４と、第二膜体２５を覆う第二シート体３５とを有している。これら第一シート体３４と第二シート体３５との間に、バルーン駆動部２０（積層体２６）が設けられている。
図３において、第一シート体３４及び第二シート体３５それぞれの直線方向（Ｘ方向）の端部同士は結合されている。つまり、第一シート体３４の先端部３４ａと第二シート体３５の先端部３５ａとは接合されており、第一シート体３４の基端部３４ｂと第二シート体３５の基端部３５ｂとは、積層体２６の基端部２６ｂを間に挟んで連結されている。なお、シート体３４，３５のうち、先端部３４ａ，３５ａ及び基端部３４ｂ，３５ｂ以外の領域（先端部と基端部との間の領域）は接合されていない。

【0024】

図１において、第一シート体３４の基端部３４ｂ及び第二シート体３５の基端部３５ｂは、積層体２６の基端部２６ｂに連結されており、この基端部２６ｂに対して基端部３４ｂ，３５ｂの変位は拘束されている。図１に示すように、この部分（３４ｂ，３５ｂ）を固定端として扱う。なお、基端部３４ｂ，３５ｂの曲げは拘束されておらず自由に曲がることができる（図１（Ｃ）参照）。
これに対して、第一シート体３４の先端部３４ａ及び第二シート体３５の先端部３５ａは、積層体２６の先端部２６ａに連結されておらず、この先端部２６ａに対して先端部３４ａ，３５ａは、Ｘ方向に所定範囲について変位自在であり、この部分（３４ａ，３５ａ）を自由端として扱う。また、先端部３４ａ，３５ａでは、曲げが拘束されておらず自由に曲がることができる（図１（Ｃ）参照）。

【0025】

これら第一シート体３４及び第二シート体３５は、非伸縮性であるが柔軟性を有している。なお、本発明における「非伸縮性」とは、第一膜体２４及び第二膜体２５に比べて伸縮性が低いことを言う。つまり、本発明の直線駆動装置１２において使用されるエアの圧力によれば、第一膜体２４及び第二膜体２５は表面積を広げつつ伸びて膨張するのに対して、第一シート体３４及び第二シート体３５は、膨張する膜体２４，２５の形状に追従して変形するが、これら膜体２４，２５から受ける力（膨張力）によって表面積を広げることなく、図３（Ａ）に示す状態から図３（Ｃ）に示す状態に変化する。
なお、本実施形態では、第一シート体３４及び第二シート体３５それぞれは、ポリイミドのフィルムからなる。

【0026】

このように、本実施形態の変換部３０は、Ｘ方向の両端部が連結された第一シート体３４と第二シート体３５とからなり、その先端部３４ａ，３５ａでは自由に変位及び曲がり変形することができ、かつ、その基端部３４ｂ，３５ｂでは積層体２６に対して変位は拘束されているが自由に曲がり変形することができる。
また、図２（Ｃ）に示すように、第一膜体２４の膨張した姿は、中央が最も高くなる山型であり、図３（Ｃ）に示すように、第一シート体３４のうち、この山型の頂部２８が当接する部分（第一の途中部３４ｃ）において、第一シート体３４は方向を変えて折れ曲がり変形する。これと同様に、第二膜体２５の膨張した姿は、中央が最も高くなる山型であり、第二シート体３５のうち、この山型の頂部２９が当接する部分（第二の途中部３５ｃ）において、第二シート体３５は方向を変えて折れ曲がる。
そして、第一シート体３４及び第二シート体３５は伸びないことから、先端部３４ａ，３５ａから途中部３４ｃ，３５ｃまでの長さは変化せず、基端部３４ｂ，３５ｂから途中部３４ｃ，３５ｃまでの長さは変化しない。
これにより、本実施形態の変換部３０は、先端部３４ａ，３５ａ、基端部３４ｂ，３５ｂ、第一の途中部３４ｃ及び第二の途中部３５ｃの四カ所を節点とするパンタグラフ機構を備えていると言える。

【0027】

以上より、変換部３０は、第一膜体２４側と第二膜体２５側とからバルーン駆動部２０（積層体２６）を包囲して設けられた構成であり、また、第一膜体２４及び第二膜体２５の膨張動作に追従して変形可能であり、そして、変換部３０は、この膨張動作によりベース部２１の面２２に直交する方向（Ｚ方向）に拡大すると、この面２２に平行な方向（Ｘ方向）に短縮動作することができる（図３（Ｂ）（Ｃ）参照）。
このような変換部３０及びバルーン駆動部２０を備えた直線駆動装置１２の実際の動作の様子を、図４に示す。図４（Ａ）が短縮動作する前の状態であり、（Ｂ）が短縮動作した状態である。

【0028】

図１（Ａ）に示すように、バルーン駆動部２０に加圧エアＡが供給されない状態では、ベース部２１のＺ方向の両側に第一膜体２４及び第二膜体２５が層状となって設けられた状態にあり、全体として薄く柔軟な構造である。しかし、図１（Ｂ）（Ｃ）に示すように、バルーン駆動部２０に加圧エアＡが供給され第一膜体２４及び第二膜体２５が膨張することにより、変換部３０（シート体３４，３５）をベース部２１の面２２に直交する方向（Ｚ方向）に拡大させると、その変換部３０は、その面２２に平行な方向（Ｘ方向）に、つまり直線方向に沿って短縮動作する。
このため、シート体３４，３５の基端部３４ｂ，３５ｂを、固定端とすることで、他方側の先端部３４ａ，３５ａは、基端部３４ｂ，３５ｂ（固定端）へとＸ方向に沿って接近する動作が得られる。つまり、この動作を直線方向の動作（線形収縮運動）として出力することが可能となる。

【0029】

ここで、前記特許文献１（特開２０１１−３２６号公報）に記載のエアが供給されて膨張するバルーン駆動部９０は、曲げ運動（図５の矢印ｒ）を行うことができる。そこで、このようなバルーン駆動部９０を、図５に示すように、２つ連結することにより、直線方向の動作を出力可能な直線駆動装置（比較例）とすることが考えられる。この比較例の場合、一対のバルーン駆動部９０は「膨張→曲げ→線形収縮」というステップにより、直線方向（Ｘ方向）の動作を出力する。

【0030】

これに対して、本実施形態の直線駆動装置１２の場合、バルーン駆動部２０と、前記のようなパンタグラフ構造を備えた変換部３０とによって、「膨張→線形収縮」というステップにより、直線方向（Ｘ方向）の動作を出力する。つまり、本実施形態に係る変換部３０によれば、バルーン駆動部２０の膨張動作を直接的に直線方向（Ｘ方向）の収縮動作に変換して出力することが可能となる。このため、直線駆動装置１２は、小型ではあるが効率がよく、比較例に比べて出力密度の高い直線型アクチュエータとなる。

【0031】

例えば、直線駆動装置１２を、縦６ｍｍ×横６ｍｍ×厚さ４００μｍの大きさで成形することができ（図４参照）、この場合、バルーン駆動部２０（エア室）は縦５ｍｍ×横５ｍｍとなり、８０キロパスカルの加圧エアＡをバルーン駆動部２０に供給することで、１．２ニュートンのＸ方向の力を出力することが可能となる。

【0032】

このような直線駆動装置１２は、ＰＤＭＳによりバルーン駆動部２０を作成し、これを二枚のポリイミドフィルムからなる第一シート体３４及び第二シート体３５によって挟むことで構成される。バルーン駆動部２０は、エポキシ樹脂（ＳＵ−８）の型によるＰＤＭＳの成型技術（ＭＥＭＳ技術）を用いて作成される。
なお、本実施形態では、ベース部２１は１枚の板状部材からなるが、２枚の板状部材を積層して１枚のベース部としてもよい。
そして、第一膜体２４及び第二膜体２５は、同じ材質、同じ厚さからなり、同じ圧力のエアによって対称に膨張動作する。

【0033】

図６は、本実施形態の直線駆動装置１２の機能を説明する説明図であり、特に変換部３０によるパンタグラフ構造のメカニズムを示している。変換部３０は、Ｚ方向の膨張動作をＸ方向の収縮動作に変換することができる。図６によれば、変換部３０により出力されるＸ方向の力（収縮力）Ｆｘは、次の式（１）のとおりになる。また、変換部３０から出力されるＸ方向の変位ΔＸは、次の式（２）のとおりになる。

【0034】

【数1】

【0035】

【数2】

【0036】

なお、Ｆｚは、膨張するバルーン駆動部２０から出力されるＺ方向の推力である。また、ｂは、膨張するバルーン駆動部２０の節点（途中部３４ｃ，３５ｃ）のＺ方向の変位である。Ｃは、収縮動作時の節点（先端部３４ａ，３５ａ）から節点（基端部３４ｂ、３５ｂ）までのＸ方向の長さである。Ｘ_０は、節点（先端部３４ａ，３５ａ）から節点（途中部３４ｃ，３５ｃ）までの長さであり、ａは、節点（基端部３４ｂ，３５ｂ）から節点（途中部３４ｃ，３５ｃ）までの長さである。θ_１は、Ｘ方向の直線と、節点（先端部３４ａ，３５ａ）と節点（途中部３４ｃ，３５ｃ）とを結ぶ直線との成す角度であり、θ_２は、Ｘ方向の直線と、節点（基端部３４ｂ，３５ｂ）と節点（途中部３４ｃ，３５ｃ）とを結ぶ直線との成す角度である。図６ではθ_１＝θ_２＝θである。

【0037】

前記式（１）によれば、バルーン駆動部２０を膨張させてθ＝４５°の時に、Ｘ方向の力（収縮力）Ｆｘは最大となる。つまり、バルーン駆動部２０を更に膨張させてθ＝４５°を越えさせても、それ以上の力Ｆｘを出力することができない。
そこで、この最大の力（収縮力）Ｆｘを出力させるために、直線駆動装置１２は、θ＝４５°でＸ方向の収縮のストロークエンドとさせるストッパ部を備えている。つまり、θ＝４５°でＺ方向からＸ方向への力の変換が最大の効率により実行され、このストロークエンドは、ストッパ部による「力伝達の最大効率地点」であると言える。
また、前記式（２）によれば、前記角度θを大きくする程、変換部３０から出力されるＸ方向の変位ΔＸを大きくすることができる。しかし、前記ストッパ部を備えている場合、Ｘ方向の収縮ストロークは、そのストッパ部による前記「力伝達の最大効率地点」で制限される。

【0038】

すなわち、図１において、変換部３０が直線方向（Ｘ方向）に短縮動作すると、この変換部３０の一部である先端部３４ａ，３５ａが、積層体２６の一部である先端部２６ａに接近し、やがて、Ｘ方向から当接する（図１（Ｃ）参照）。これにより、変換部３０の更なる短縮動作は制限され、変換部３０の一部である先端部３４ａ，３５ａが、Ｘ方向へそれ以上変位することができなくなる。
すなわち、積層体２６の先端部２６ａは、変換部３０のＸ方向の収縮動作を制限するストッパ部として機能する。

【0039】

そこで、本実施形態の直線駆動装置１２では、θ＝４５°となる状態でストッパ部によって変換部３０のＸ方向の収縮動作を制限するように、積層体２６の先端部２６ａと、変換部３０の節点（先端部３４ａ，３５ａ）との間隔を、所定の値に設定すればよい。厳密には、積層体２６の先端部２６ａと、先端部３４ａ，３５ａのうちの先端部２６ａに当接する内側部分との間隔を、所定の値に設定すればよい。
これにより、直線駆動装置１２による直線方向（Ｘ方向）の動作のストロークエンドを規定することができる。つまり、このストロークエンドまで、変換部３０は直線方向（Ｘ方向）に沿って短縮動作することができる。
なお、ストッパ部によるストロークエンドの位置は、θ＝４５°の状態が得られる位置とする以外にも、他の位置であってもよい。

【0040】

〔２． 他の形態〕
前記実施形態では、直線駆動装置１２が一つのバルーン駆動部２０及び一つの変換部３０を有している場合について説明したが、図７（Ｂ）に示すように、複数（４つ）のバルーン駆動部２０及び複数（４つ）の変換部３０を有していてもよい。なお、図７（Ａ）は、直線駆動装置１２の分解斜視図であり、図７（Ｂ）は、その組み立て図である。

【0041】

図７の場合、直線方向（Ｘ方向）に沿って複数のバルーン駆動部２０が並んで設けられており、さらに、直線方向（Ｘ方向）に沿って複数の変換部３０が並んで設けられている。そして、バルーン駆動部２０同士は直接連結されていないのに対して、隣り合う変換部３０同士は連結されている。つまり、一つの変換部３０の基端部が、その隣りの変換部３０の先端部と連結されている。そして、これら変換部３０それぞれに対してバルーン駆動部２０が設けられている。なお、本実施形態では、各変換部３０の第一シート体は、他の変換部３０の第一シート体と共通する一枚の帯状のシート体３４からなり、各変換部３０の第二シート体は、他の変換部３０の第二シート体と共通する一枚の帯状のシート体３５からなる。

【0042】

これにより、複数の変換部３０を直列的に接続した直線駆動装置１２が得られる。そして、図８に示すように、複数のバルーン駆動部２０全てを同時に膨張させると、複数の変換部３０が直線方向に沿って同時に機能することができ、全体として、出力が大きくストロークの大きい直線方向の動作を得ることが可能となる。

【0043】

単体の変換部３０ではＸ方向の収縮動作の最大ストロークがΔｘであっても、図８に示す直列接続型の直線駆動装置１２によれば、このΔｘに変換部３０の数（ｎ）を乗じた総ストローク（Δｘ×ｎ）を得ることができる。なお、図７の場合、ｎ＝４である。
また、単体の変換部３０によるＸ方向の力（収縮力）がＦｘであっても、直列接続型の直線駆動装置１２によれば、このＦｘに変換部３０の数（ｎ）を乗じた総出力（Ｆｘ×ｎ）を得ることができる。

【0044】

〔３． 長尺ツールについて〕
図１に示す単体の変換部３０及び単体のバルーン駆動部２０を有する直線駆動装置１２を、長尺ツールに適用してもよいが、図７に示す直列接続型の直線駆動装置１２を長尺ツールに適用することが可能である。図９は、直線駆動装置が適用されている長尺ツールの概略図であり、本実施形態の長尺ツールはファイバスコープであり、特に医療用の内視鏡１である。

【0045】

この内視鏡１は、ユーザ（医師）が操作する操作部２と、この操作部２から延び（体腔内の）挿入経路に沿って変形する挿入部３とを備えている。挿入部３は、長尺体からなり、その先部３ａ側に、湾曲動作可能な可動部５を有していると共に、この可動部５と操作部２との間に変形自在な軟性部６を有している。そして、この内視鏡１は、可動部５を湾曲動作させる駆動機構部４を備えている。駆動機構部４の駆動、つまり、可動部５の湾曲動作は、ユーザによる操作部２の操作に基づく。

【0046】

挿入部３の大部分は、挿入経路に沿って自由に曲がる軟性部６であり、この軟性部６の基部６ａが操作部２と連結されている。軟性部６の先部６ｂには、可動部５が連結されており、可動部５の先端には硬質部８が設けられている。硬質部８（図１０参照）には、ライト８ａ、ノズル８ｂ、レンズ８ｃ及び鉗子等の処置具を挿通させる開口８ｄ等が設けられている。また、操作部２からはケーブル９（図９参照）が延びて設けられており、レンズ８ｃによって写された被写体の画像のデータは、このケーブル９を通じてモニタ（図示せず）に出力される。

【0047】

可動部５は、先部３ａを所望の方向へ向けるために、図１０に示すように、複数の節輪５ａが設けられており、これら節輪５ａによって湾曲動作が可能となる。これら節輪５ａの径方向外側には、チューブ状の被覆部材５ｂが設けられている。なお、可動部５を湾曲動作可能とするための構成は、節輪５ａによるもの以外であってもよく、従来知られている他の構成を採用することができる。軟性部６は、ゴム製等の筒部材７を有しており、この筒部材７及び節輪５ａの中心側に、光ファイバー（図示せず）等が設けられる。

【0048】

駆動機構部４は、操作ワイヤ１１と、この操作ワイヤ１１を引っ張るアクチュエータとを有している。本実施形態のアクチュエータは、エアを作動媒体とする直線駆動装置１２であり、特に直列接続型の直線駆動装置１２（図７参照）が採用されている。
直線駆動装置１２が短縮動作する直線方向を、直線状とした操作ワイヤ１１の長手方向と一致させて、この直線駆動装置１２を内視鏡１内に設けている。直線駆動装置１２の基端部１２ｂは内視鏡本体（筒部材７）に固定されており、この基端部１２ｂは操作ワイヤ１１の長手方向に変位不能の状態とされている。
本実施形態では、直線駆動装置１２は、挿入部３のうち、可動部５よりも操作部２側にある途中部であって可動部５の近傍に組み込まれている。つまり、直線駆動装置１２は、軟性部６の先部６ｂ側にのみ設けられている。

【0049】

さらに、駆動機構部４は、直線駆動装置１２にエアを供給する流路を有しており、本実施形態の流路は、チューブ１３からなる。このチューブ１３が、図１に示すチューブ２７に相当する。このチューブ１３は、軟性部６に追従して変形可能な（フレキシブルな）材料からなる。チューブ１３は、直線駆動装置１２から操作部２側まで、軟性部６に沿って組み込まれており、操作部２側に設けられているポンプ２６によって吐出されたエアが、チューブ１３内を流れ、そのエアが直線駆動装置１２に供給される。

【0050】

可動部５は、様々な自由度で湾曲することができ、このために、操作ワイヤ１１とこの操作ワイヤ１１を操作する直線駆動装置１２とからなるユニットが、断面円形の挿入部３の周方向に複数配設されている。各ユニットは周方向に等間隔で設けられており、本実施形態では、４つのユニットが９０度間隔で配設されており、可動部５は、上下の二方向と左右の二方向とに湾曲することができる。

【0051】

操作ワイヤ１１は、金属製のワイヤからなり、主に可動部５に組み込まれており、その端部１１ａが先端側の節輪５ａに連結固定され、操作ワイヤ１１は可動部５の長手方向に沿って設けられている。操作ワイヤ１１は、可動部５に組み込まれている本体ワイヤ部１５と、この本体ワイヤ部１５から延長して軟性部６の一部に（長手方向に沿って）組み込まれている連結ワイヤ部１６とを有している。連結ワイヤ部１６は、直線駆動装置１２の先端に連結されている。直線駆動装置１２は直列接続型であることから、最も可動部５側に配置されている変換部３０（第一シート体３４、第二シート体３５）の先端部３４ａ，３５ａが、直列接続型の直線駆動装置１２の先端となる。
そして、エアが供給されることにより直線駆動装置１２が直線方向の短縮動作を行うことで、操作ワイヤ１１に張力が付与され、これにより可動部５を湾曲動作させることができる。

【0052】

以上のように、本実施形態の内視鏡１（長尺ツール）は、湾曲動作可能な可動部５を一端側に有しかつ変形自在な軟性部６を可動部５から他端側に有している長尺体である挿入部３と、可動部５を動作させる駆動機構部４とを備えている。駆動機構部４は、可動部５に組み込まれ張力が付与されることにより可動部５を動作させる操作ワイヤ１１と、挿入部３のうち可動部５の近傍に組み込まれエアを作動媒体として一方向の直線動作を行って操作ワイヤ１１を引っ張るアクチュエータとを有している。そして、このアクチュエータが、前記直線駆動装置１２からなり、この直線駆動装置１２が出力する直線方向（Ｘ方向）の動作によって操作ワイヤ１１を引っ張る。
また、駆動機構４は、更に、この直線駆動装置１２から他端側まで軟性部６に沿って設けられ直線駆動装置１２にエアを供給する流路としてチューブ１３を有しており、このチューブ１３は、軟性部６に追従して変形可能である。

【0053】

このような構成を備えた内視鏡１によれば、操作ワイヤ１１を引っ張る直線駆動装置１２は、挿入部３のうち可動部５の近傍に組み込まれている。そして、直線駆動装置１２から操作部２側へはチューブ１３が組み込まれており、このチューブ１３を通じてエアを直線駆動装置１２に供給することで、直線駆動装置１２は短縮動作し、操作ワイヤ１１を引っ張って、可動部５を湾曲動作させる。
そして、可動部５の近傍に組み込まれている直線駆動装置１２から操作部２側まで軟性部６に沿ってチューブ１３が組み込まれており、しかも、このチューブ１３は、軟性部６に追従して変形可能である。このため、軟性部６において、従来の内視鏡において必要であった剛性を有する可動部を湾曲動作させるための長い操作ワイヤを削減することができ、操作ワイヤの剛性により可撓性（軟性）が低下するのを抑えることが可能となる。

【0054】

図１１は、内視鏡１の模型に対して直線駆動装置１２を適用し、操作ワイヤ１１を引っ張ることで、可動部５を湾曲させる動作を行った様子を示している。図１１（Ａ）は、バルーン駆動部の膨張前であり、操作ワイヤ１１を引っ張る前の状態であり、（Ｂ）が、バルーン駆動部２０が膨張し、操作ワイヤ１１を引っ張った状態である。この図１１に示すように、本発明の直線駆動装置１２によれば、内視鏡１の可動部５を湾曲動作させるだけの出力と変位を得ることができる。

【0055】

なお、直線駆動装置１２は、図１１のように可動部５を曲げ動作させるためのアクチュエータとして用いられるのみならず、可動部５に設けられる鉗子を動作させるためのアクチュエータとしても用いられる。
すなわち、図１２は、内視鏡の可動部に設けられる鉗子１０の開閉動作を直線駆動装置１２に行わせた様子を示している。この鉗子１０は操作ワイヤ１８と接続されており、操作ワイヤ１１が引っ張られると、鉗子１０は閉じ（図１２（Ｂ）参照）、操作ワイヤ１１の引っ張りを解除すると、鉗子１０は開く（図１２（Ａ）参照）。この操作ワイヤ１１の引っ張りを、本発明の直線駆動装置１２により行っている。
図１２に示すように、本発明の直線駆動装置１２によれば、鉗子１０を開閉動作させるだけの出力と変位を得ることができる。

【0056】

また、内視鏡１では、挿入部３の断面形状を小さくする（細くする）のが好ましいことから、この挿入部３に組み込む直線駆動装置１２を小型化している。直線駆動装置１２のバルーン駆動部２０を小型化すると、直線駆動装置１２による操作ワイヤ１１を引っ張る力が弱くなる。しかし、本実施形態では、単一の操作ワイヤ１１を、直列接続型の直線駆動装置１２が引っ張る構成としている。このため、バルーン駆動部２０それぞれを小型化しても、可動部５を湾曲動作させるために必要となる大きな操作力を発生させることが可能となる。

【0057】

また、バルーン駆動部２０が、柔軟性を有するＰＤＭＳ製の薄い部材からなり、変換部３０が柔軟性を有するポリイミド製のフィルムからなるため、バルーン駆動部２０に流体がエアされない状態では、全体として薄く柔軟な構造となる。このため、直線駆動装置１２を内視鏡１の軟性部６内に設置しても、軟性部６の柔軟性を低下させない。
また、バルーン駆動部２０は、エアを作動媒体としていることで、人体に対して低侵襲であり、電気的なエネルギを可動部に供給していないことから、例えば発火のおそれもなく、特に医療用の装置として安全である。

【0058】

また、本発明の長尺ツールは、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。本発明の長尺ツールは、医療用である内視鏡以外に、工業用のファイバスコープであってもよく、又は、人が侵入困難である災害現場に向かう災害救助ロボットに組み込まれるファイバスコープであってもよい。
また、本発明の直線駆動装置１２は、長尺ツールに適用するのみならず、他の装置に組み込み可能である。例えば、ロボットのアーム、ロボットハンド、マニピュレータ等に適用可能である。
作動媒体をエアとして説明したが、作動媒体は他の流体であってもよく、例えば水とすることができる。

【0059】

また、前記実施形態では、変換部３０を、一対のシート体３４，３５によって構成したフレキシブルなパンタグラフ構造としたが、これ以外に、複数本の剛性の高いリンクアームを菱形に連結して構成したメカニカルなパンタグラフ構造であってもよい。
そして、図１（Ｃ）で説明したように、バルーン駆動部２０の膜体２４，２５が山型に膨張した際に、膜体２４，２５の頂部２８，２９が、シート体３４，３５のＸ方向の中央部に当接してシート体３４，３５をＺ方向に拡大させる場合について説明したが、変換部３０を、複数本のリンクアームを組み合わせて構成したメカニカルなパンタグラフ構造とした場合、膜体２４，２５の頂部２８，２９が当接する位置は、Ｘ方向の中央部よりも、固定端側であってもよい。この場合、バルーン駆動部２０によるＺ方向の小さな膨張量で、Ｘ方向に大きな変位を出力させることが可能となる。

【符号の説明】

【0060】

１：内視鏡（長尺ツール） ３：挿入部（長尺体） ４：駆動機構部
５：可動部 ６：軟性部 １１：操作ワイヤ
１２：直線駆動装置 ２０：バルーン駆動部 ２１： ベース部
２２：一面 ２３：他面 ２４：第一膜体 ２５：第二膜体
２６：積層体 ２６ａ：先端部（ストッパ部） ２６ｂ：基端部
３０：変換部 ３４：第一シート体 ３４ａ：先端部 ３４ｂ：基端部
３５：第二シート体 ３５ａ：先端部 ３５ｂ：基端部 Ａ：エア（流体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図5】

【図6】

【図9】

【図10】

【図4】

【図7】

【図8】

【図11】

【図12】