本發(fā)明涉及用來變更撓性部件的硬度的硬度可變致動(dòng)器。

背景技術(shù)：

日本專利第3122673號(hào)公開了能夠變更插入部的軟性部的硬度的內(nèi)窺鏡。在該內(nèi)窺鏡中，撓性部件(例如盤管)的兩端部被固定在內(nèi)窺鏡的規(guī)定位置，在該撓性部件中經(jīng)由分離體而固定著撓性調(diào)整部件(例如插通在盤管中的撓性調(diào)整線)。撓性部件和撓性調(diào)整部件沿著軟性部延伸到操作部，并且遍及軟性部的大致整體而延伸。通過將撓性調(diào)整部件拉伸，撓性部件被壓縮而變硬，由此，軟性部的硬度被變更。

由于撓性部件和撓性調(diào)整部件遍及軟性部的大致整體而延伸，所以為了驅(qū)動(dòng)這樣的機(jī)構(gòu)，需要非常大的力。在實(shí)現(xiàn)了該機(jī)構(gòu)的電動(dòng)化的情況下，需要大型的動(dòng)力源，其結(jié)構(gòu)成為大規(guī)模。

日本專利第3142928號(hào)公開了使用形狀記憶合金的撓性管用硬度可變裝置。該硬度可變裝置具備配設(shè)在撓性管內(nèi)的線圈、配設(shè)在該線圈的內(nèi)側(cè)的電絕緣性管、在該電絕緣性管內(nèi)沿其軸向延伸而配置的形狀記憶合金制線、和將該形狀記憶合金制線通電的通電加熱機(jī)構(gòu)。

形狀記憶合金制線具有在低溫時(shí)其長(zhǎng)度伸長(zhǎng)而在高溫時(shí)收縮的性質(zhì)。形狀記憶合金制線穿過設(shè)在線圈的兩端的固定部而伸出，在其兩端固定著斂縫部件。形狀記憶合金制線配設(shè)為，在低溫時(shí)松弛，在高溫時(shí)斂縫部件與固定部卡合而支撐。

形狀記憶合金制線在被通電加熱機(jī)構(gòu)進(jìn)行了加熱的高溫時(shí)收縮而使線圈變硬。另一方面，在沒有通電的低溫下，形狀記憶合金制線伸長(zhǎng)而使線圈變軟。

該硬度可變裝置由于是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)而能夠構(gòu)成為小型，但在形狀記憶合金制線收縮時(shí)，形狀記憶合金制線的兩端受約束，負(fù)荷作用于形狀記憶合金制線，所以其耐久性有缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且有耐久性的硬度可變致動(dòng)器。

為了該目的，硬度可變致動(dòng)器具備相能夠在第一相與第二相之間轉(zhuǎn)變的形狀記憶部件、和使形狀記憶部件引起第一相與第二相之間的相的轉(zhuǎn)變的感應(yīng)部件。形狀記憶部件具有至少一個(gè)自由端而配設(shè)于上述撓性部件。形狀記憶部件當(dāng)處于第一相時(shí)，成為能夠隨著外力而容易地變形的軟質(zhì)狀態(tài)，因而向撓性部件提供比較低的硬度。此外，形狀記憶部件當(dāng)處于第二相時(shí)，成為表現(xiàn)出抵抗外力而成為預(yù)先記憶的記憶形狀的傾向的硬質(zhì)狀態(tài)，因而向撓性部件提供比較高的硬度。

附圖說明

圖1表示一實(shí)施方式的硬度可變致動(dòng)器。

圖2表示另一實(shí)施方式的硬度可變致動(dòng)器。

圖3是用來說明硬度可變致動(dòng)器的動(dòng)作的圖，表示隨著驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)的切換而形狀記憶部件的硬度狀態(tài)被變更的情形。

圖4是用來說明硬度可變致動(dòng)器的動(dòng)作的圖，表示在形狀記憶部件的自由端附近外力在與形狀記憶部件的中心軸垂直的方向作用的狀況下、隨著驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)的切換而形狀記憶部件的硬度狀態(tài)被變更的情形。

圖5是用來說明硬度可變致動(dòng)器的動(dòng)作的圖，表示在形狀記憶部件的自由端處外力在與形狀記憶部件的中心軸平行的方向作用的狀況下、隨著驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)的切換而形狀記憶部件的硬度狀態(tài)被變更的情形。

圖6是用來說明硬度可變致動(dòng)器的動(dòng)作的圖，表示在驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)處于斷開狀態(tài)且形狀記憶部件處于軟質(zhì)狀態(tài)的狀況下、外力的有無(wú)被切換的情形。

圖7是用來說明硬度可變致動(dòng)器的動(dòng)作的圖，表示被彎曲的形狀記憶部件的硬度狀態(tài)隨著驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)的切換而被從軟質(zhì)狀態(tài)變更為硬質(zhì)狀態(tài)的情形。

圖8是用來說明硬度可變致動(dòng)器的動(dòng)作的圖，表示驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)處于接通狀態(tài)且形狀記憶部件處于硬質(zhì)狀態(tài)的狀況下、外力的有無(wú)被切換的情形。

具體實(shí)施方式

〔結(jié)構(gòu)例〕

圖1表示一實(shí)施方式的硬度可變致動(dòng)器。如圖1所示，硬度可變致動(dòng)器10具有通過能夠成為不同的硬度狀態(tài)而對(duì)撓性部件提供不同的硬度的功能，具備相能夠在第一相與第二相之間轉(zhuǎn)變的形狀記憶部件20、和使形狀記憶部件20引起第一相與第二相之間的相的轉(zhuǎn)變的感應(yīng)部件30。進(jìn)而，形狀記憶部件20具有至少一個(gè)自由端而配設(shè)于撓性部件。

形狀記憶部件20當(dāng)處于第一相時(shí)，成為能夠隨著外力容易地變形的軟質(zhì)狀態(tài)，即表現(xiàn)出低彈性系數(shù)，因而，向撓性部件提供比較低的硬度。此外，形狀記憶部件20當(dāng)處于第二相時(shí)，成為表現(xiàn)出抵抗外力而取預(yù)先記憶的記憶形狀的傾向的硬質(zhì)狀態(tài)，即表現(xiàn)出高彈性系數(shù)，因而，向撓性部件提供比較高的硬度。記憶形狀并不限于此，例如也可以是直線狀。

這里，所謂外力，是指能夠使形狀記憶部件20變形的力，認(rèn)為重力也是外力的一部分。

感應(yīng)部件30具有產(chǎn)生熱的性能。形狀記憶部件20具有對(duì)應(yīng)于感應(yīng)部件30的加熱而相從第一相轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙嗟男再|(zhì)。

形狀記憶部件20例如可以主要由形狀記憶合金構(gòu)成。形狀記憶合金不限于此，例如可以是包含niti的合金。此外，形狀記憶部件20不限于此，也可以主要由形狀記憶聚合物、形狀記憶膠體、形狀記憶陶瓷等其他材料構(gòu)成。

這里，所謂某個(gè)部件主要由某種材料構(gòu)成，是指該部件整體由該材料制作，此外還指該部件除了由該材料制作的部件以外還具有由其他材料制作的部件。

主要構(gòu)成形狀記憶部件20的形狀記憶合金例如也可以是相在馬氏體相與奧氏體相之間轉(zhuǎn)變的合金。該形狀記憶合金在馬氏體相時(shí)對(duì)應(yīng)于外力而比較容易地塑性變形。即，該形狀記憶合金在馬氏體相時(shí)表現(xiàn)出低彈性系數(shù)。另一方面，該形狀記憶合金在奧氏體相時(shí)，抵抗外力而不容易變形。即使因更大的外力而變形，如果該大的外力消失，則表現(xiàn)出超彈性而回到所記憶的形狀。即，該形狀記憶合金在奧氏體相時(shí)表現(xiàn)出高彈性系數(shù)。

感應(yīng)部件30例如可以由加熱器構(gòu)成。即，感應(yīng)部件30可以具有對(duì)應(yīng)于在其中通過并流動(dòng)的電流的供給而產(chǎn)生熱的性質(zhì)。此外，感應(yīng)部件30只要具有產(chǎn)生熱的性能就可以，不限于加熱器，也可以由攝像元件、光導(dǎo)、其他元件或部件等構(gòu)成。進(jìn)而，感應(yīng)部件30也可以由通過化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生熱的構(gòu)造體構(gòu)成。

形狀記憶部件20可以主要由導(dǎo)電性材料構(gòu)成。例如，形狀記憶部件20具有由導(dǎo)電性材料例如形狀記憶合金制作的主體22、和設(shè)在主體22的周圍的絕緣膜24。絕緣膜24起到防止形狀記憶部件20與感應(yīng)部件30之間短路的作用。絕緣膜24至少將面向感應(yīng)部件30的部分覆蓋而設(shè)置。在圖1中，描繪了將主體22的外周面部分性地覆蓋而設(shè)置的形態(tài)，但不限于此，也可以將主體22的外周面的整體覆蓋而設(shè)置，此外，也可以將主體22整體覆蓋而設(shè)置。

感應(yīng)部件30可以主要由導(dǎo)電性材料構(gòu)成。例如，感應(yīng)部件30具有導(dǎo)電性材料的主體32、和設(shè)在主體32的周圍的絕緣膜34。絕緣膜34起到防止形狀記憶部件20與感應(yīng)部件30之間短路、以及感應(yīng)部件30的主體32的相鄰部分間短路的作用。

硬度可變致動(dòng)器10具備防止形狀記憶部件20與感應(yīng)部件30之間短路的絕緣部件。形狀記憶部件20的絕緣膜24和感應(yīng)部件30的絕緣膜34相當(dāng)于該絕緣部件。如果感應(yīng)部件30的絕緣膜34提供可靠的防短路功能，則形狀記憶部件20的絕緣膜24也可以省略。

感應(yīng)部件30的主體32可以是電熱線，即電阻大的導(dǎo)電性部件。主體32即電熱線的兩端連接于包括電源42和開關(guān)44的驅(qū)動(dòng)電路40。驅(qū)動(dòng)電路40對(duì)應(yīng)于開關(guān)44的接通即閉合動(dòng)作，將在感應(yīng)部件30中通過而流動(dòng)的電流向感應(yīng)部件30供給，此外，對(duì)應(yīng)于開關(guān)44的斷開即打開動(dòng)作，停止對(duì)感應(yīng)部件30的電流供給。感應(yīng)部件30對(duì)應(yīng)于電流的供給而產(chǎn)生熱。

形狀記憶部件20可以是線狀。感應(yīng)部件30配設(shè)在形狀記憶部件20的附近。感應(yīng)部件30可以是線圈狀，形狀記憶部件20可以穿過線圈狀的感應(yīng)部件30的內(nèi)側(cè)而延伸。通過這樣的配置，由感應(yīng)部件30產(chǎn)生的熱被效率良好地向形狀記憶部件20傳遞。

〔其他結(jié)構(gòu)例〕

圖2表示另一實(shí)施方式的硬度可變致動(dòng)器。如圖2所示，硬度可變致動(dòng)器10a與硬度可變致動(dòng)器10同樣，具備相能夠在第一相與第二相之間轉(zhuǎn)變的形狀記憶部件20a、和使形狀記憶部件20a引起第一相與第二相之間的相的轉(zhuǎn)變的感應(yīng)部件30a。

形狀記憶部件20a的諸特性與形狀記憶部件20是同樣的。此外，感應(yīng)部件30a的諸特性與感應(yīng)部件30是同樣的。

形狀記憶部件20a是管狀。此外，感應(yīng)部件30a是能夠容易地變形的線狀，穿過形狀記憶部件20a的內(nèi)側(cè)而延伸。通過這樣的配置，由感應(yīng)部件30產(chǎn)生的熱被效率良好地向形狀記憶部件20傳遞。此外，由于形狀記憶部件20a的彈性系數(shù)依存于徑向尺寸，所以管狀的形狀記憶部件20a與實(shí)心構(gòu)造相比，在相同體積的條件下表現(xiàn)出較高的彈性系數(shù)，因而提供較高的硬度。

〔硬度可變致動(dòng)器單體的動(dòng)作說明〕

以下，參照?qǐng)D3～圖8，對(duì)上述的硬度可變致動(dòng)器的動(dòng)作進(jìn)行說明。為了方便，假設(shè)形狀記憶部件20的一端被固定而進(jìn)行說明。此外，假設(shè)形狀記憶部件20的記憶形狀是直線形狀。在圖3～圖8中，軟質(zhì)狀態(tài)的形狀記憶部件20用向左上升的陰影表示，硬質(zhì)狀態(tài)的形狀記憶部件20用向右上升的陰影表示。在圖3～圖8中，代表性地描繪了圖1的硬度可變致動(dòng)器10，但圖2的硬度可變致動(dòng)器10a的動(dòng)作也與它是同樣的。

圖3表示隨著驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44的切換而形狀記憶部件20的硬度狀態(tài)變更的情形。

在圖3的左側(cè)，驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44處于斷開狀態(tài)、即打開，形狀記憶部件20處于是彈性系數(shù)低的軟質(zhì)狀態(tài)的第一相。

如圖3的右側(cè)所示，如果驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44被切換為接通狀態(tài)、即被閉合，則在感應(yīng)部件30中流過電流，感應(yīng)部件30產(chǎn)生熱。結(jié)果，形狀記憶部件20轉(zhuǎn)變?yōu)槭菑椥韵禂?shù)高的硬質(zhì)狀態(tài)的第二相。

圖4表示在形狀記憶部件20的自由端附近、外力f1在與形狀記憶部件20的中心軸垂直的方向上作用的狀況下、隨著驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44的切換而形狀記憶部件20的硬度狀態(tài)被變更的情形。該外力f1小于形狀記憶部件20要向記憶形狀返回的復(fù)原力。

在圖4的左側(cè)，驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44處于斷開狀態(tài)，形狀記憶部件20處于是軟質(zhì)狀態(tài)的第一相。在第一相，形狀記憶部件20處于隨著外力f1而容易地變形的狀態(tài)。形狀記憶部件20因外力f1而彎曲。

如圖4的右側(cè)所示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44被切換為接通狀態(tài)，則感應(yīng)部件30產(chǎn)生熱，形狀記憶部件20轉(zhuǎn)變?yōu)槭怯操|(zhì)狀態(tài)的第二相。在該第二相，形狀記憶部件20表現(xiàn)出成為記憶形狀的傾向。即，如果形狀記憶部件20是與記憶形狀不同的形狀，則形狀記憶部件20要返回記憶形狀。由于外力f1比形狀記憶部件20的復(fù)原力小，所以形狀記憶部件20反抗外力f1而返回到記憶形狀即直線形狀。

圖5表示在形狀記憶部件20的自由端處、外力f2在與形狀記憶部件20的中心軸平行的方向作用的狀況下、隨著驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44的切換而形狀記憶部件20的硬度狀態(tài)被變更的情形。該外力f2小于形狀記憶部件20要向記憶形狀返回的復(fù)原力。

在圖5的左側(cè)，驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44處于斷開狀態(tài)，形狀記憶部件20處于是軟質(zhì)狀態(tài)的第一相。在第一相，形狀記憶部件20處于隨著外力f2而容易地變形的狀態(tài)。形狀記憶部件20被外力f2壓縮。即，形狀記憶部件20隨著彎曲而其長(zhǎng)度即沿著中心軸的尺寸減小。

如圖5的右側(cè)所示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44被切換為接通狀態(tài)，則感應(yīng)部件30產(chǎn)生熱，形狀記憶部件20轉(zhuǎn)變?yōu)槭怯操|(zhì)狀態(tài)的第二相。在該第二相，形狀記憶部件20表現(xiàn)出成為記憶形狀的傾向。由于外力f2比形狀記憶部件20的復(fù)原力小，所以形狀記憶部件20反抗外力f2而返回到記憶形狀即直線狀的原來的長(zhǎng)度。

圖6表示在驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44處于斷開狀態(tài)且形狀記憶部件20處于是軟質(zhì)狀態(tài)的第一相的狀況下、外力的有無(wú)被切換的情形。在第一相，形狀記憶部件20處于隨著外力而容易地變形的狀態(tài)。

在圖6的左側(cè)，在形狀記憶部件20的自由端附近，外力f1在與形狀記憶部件20的中心軸垂直的方向上作用。形狀記憶部件20因外力f1而彎曲。

在圖6的右側(cè)，之前作用在形狀記憶部件20上的外力f1被去除。形狀記憶部件20在外力f1被去除后也仍保持彎曲。

圖7表示被彎曲的形狀記憶部件20的硬度狀態(tài)隨著驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44的切換而被從軟質(zhì)狀態(tài)變更為硬質(zhì)狀態(tài)的情形。

圖7的左側(cè)表示與圖6的右側(cè)相同的狀態(tài)、即形狀記憶部件20在因外力f1而彎曲后將外力f1去除并保持彎曲的情形。

如圖7的右側(cè)所示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44被切換為接通狀態(tài)，則感應(yīng)部件30產(chǎn)生熱，形狀記憶部件20轉(zhuǎn)變?yōu)槭怯操|(zhì)狀態(tài)的第二相。在該第二相，由于形狀記憶部件20表現(xiàn)出成為記憶形狀的傾向，所以形狀記憶部件20返回到記憶形狀即直線形狀。

圖8表示在驅(qū)動(dòng)電路40的開關(guān)44處于接通狀態(tài)且形狀記憶部件20處于是硬質(zhì)狀態(tài)的第二相的狀況下、外力的有無(wú)被切換的情形。在該第二相，形狀記憶部件20表現(xiàn)出成為記憶形狀的傾向。

在圖8的左側(cè)，表示在形狀記憶部件20的自由端附近、外力f3在與形狀記憶部件20的中心軸垂直的方向上作用的情形。該外力f3大于形狀記憶部件20要向記憶形狀返回的復(fù)原力。因此，雖然形狀記憶部件20抵抗外力f3而要返回到記憶形狀，但由于外力f3超過形狀記憶部件20的復(fù)原力而較大，所以形狀記憶部件20被外力f3彎曲。

在圖8的右側(cè)，之前作用在形狀記憶部件20上的外力f3被去除。由于比形狀記憶部件20的復(fù)原力大的外力f3被去除，所以形狀記憶部件20回到了記憶形狀即直線形狀。

〔硬度可變致動(dòng)器的安裝方式和動(dòng)作的說明〕

上述的硬度可變致動(dòng)器10、10a，以形狀記憶部件20、20a的兩端不受任何約束的方式被安裝到撓性部件。例如，硬度可變致動(dòng)器10、10a以使形狀記憶部件20、20a的一端或兩端為自由端的方式在撓性部件的有限空間內(nèi)空出少量間隙而配置。

這里，所謂有限空間，是指正好能夠收納硬度可變致動(dòng)器10、10a的空間。因而，硬度可變致動(dòng)器10、10a和撓性部件的一方的變形即使很小也可能與另一方接觸而帶來外力。

例如可以是，撓性部件是具有比硬度可變致動(dòng)器10、10a的外徑稍大的內(nèi)徑的管，在該管的內(nèi)部配置硬度可變致動(dòng)器10、10a。不限于此，撓性部件只要具有比硬度可變致動(dòng)器10、10a稍大的空間就可以。

當(dāng)形狀記憶部件20、20a處于第一相時(shí)，硬度可變致動(dòng)器10、10a向撓性部件提供比較低的硬度，隨著作用于撓性部件的外力即能使形狀記憶部件20、20a變形的力而容易地變形。

此外，當(dāng)形狀記憶部件20、20a處于第二相時(shí)，硬度可變致動(dòng)器10、10a向撓性部件提供比較高的硬度，表現(xiàn)出抵抗作用于撓性部件的外力即能使形狀記憶部件20、20a變形的力而向記憶形狀返回的傾向。

例如通過由驅(qū)動(dòng)電路40將形狀記憶部件20、20a的相在第一相與第二相之間切換，來切換撓性部件的硬度。

除了硬度的切換以外，在外力作用于撓性部件的狀況下，硬度可變致動(dòng)器10、10a還作為切換撓性部件的形狀的雙向致動(dòng)器發(fā)揮功能。此外，在外力沒有作用于撓性部件、形狀記憶部件20、20a的相被切換為第二相之前的第一相中撓性部件變形的狀況下，也作為使撓性部件的形狀復(fù)原的單向致動(dòng)器發(fā)揮功能。