專利名稱：活動的細(xì)長管和制造這種管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及醫(yī)學(xué)或非醫(yī)學(xué)使用的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域。特別是，本發(fā)明涉及活動的細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器，所述細(xì)長管或管形物或儀器可結(jié)合到復(fù)雜的機(jī)器系統(tǒng)或管路中以進(jìn)行機(jī)器檢查或系統(tǒng)維護(hù)，或者可用作醫(yī)學(xué)微電子機(jī)械系統(tǒng)，例如結(jié)合到人體血管或器官中用于進(jìn)行診斷或醫(yī)療的活動導(dǎo)管或活動導(dǎo)線。
這種細(xì)長管或管形物結(jié)合或組裝后還可用于制造鉸接的或多關(guān)節(jié)的，或多腿機(jī)器人，或者精巧的玩具。
近幾年來，帶有驅(qū)動金屬線的內(nèi)窺鏡被越來越多地用于對，例如大腸進(jìn)行診斷。還努力開發(fā)了活動導(dǎo)管，其中利用電加熱后可變形的形狀記憶合金(后面稱作SMA)構(gòu)成致動器。
而且，隨著微機(jī)械加工技術(shù)的進(jìn)步，還開發(fā)了可有效地結(jié)合到醫(yī)學(xué)上使用的導(dǎo)管中的各種微型傳感器和活動的微型機(jī)械。
例如，日本專利申請No.H10-11528在其公開文本中提出了一種外構(gòu)架型的活動導(dǎo)管，其中襯套線圈布置在許多，例如三個，用形狀記憶合金制造的致動器的外部。給用SMA制造的致動器通電以允許活動導(dǎo)管轉(zhuǎn)彎或彎曲。
對于活動導(dǎo)管的伸縮機(jī)構(gòu)，提出了一種管形直徑約為1厘米的管內(nèi)行走設(shè)備，該設(shè)備利用在大氣壓力下氣球的膨脹和收縮，在實驗的基礎(chǔ)上利用這種設(shè)備制造了用于大腸的內(nèi)窺鏡導(dǎo)向系統(tǒng)和用于城市氣體管道的管口檢查導(dǎo)向系統(tǒng)(參見T.Hayashi等人的“微型機(jī)構(gòu)世界”，日本聲學(xué)協(xié)會雜志，Vol.49，No.8，1993)。
還提出了一種側(cè)表面上布置有許多氣球的伸縮機(jī)構(gòu)。這設(shè)計為當(dāng)氣球的膨脹使氣球頂靠在血管的內(nèi)壁上時允許導(dǎo)管在血管中前進(jìn)，氣球的軸向收縮和膨脹是重復(fù)的(參見“微系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)上的潛力”，最小侵入性療法及應(yīng)用技術(shù)，4267-275，1995，A.E.Guver等人)。
但是，至今所提出的活動細(xì)長管，如上述導(dǎo)管或類似物，在其可獲得的可彎性和可延伸性上還不能滿足需要，并且其可選擇的運(yùn)動自由度也不是足夠?qū)挼摹６?，如果試圖使單個導(dǎo)管具有更多的功能，則其有限的直徑和其中需要有足夠?qū)挸ǖ墓ぷ魍ǖ酪舶芽山Y(jié)合的金屬線數(shù)量限制在不足的范圍內(nèi)。
還應(yīng)該注意到，在對通常在其遠(yuǎn)端以字母“J”的形式彎曲以允許其，例如在兩個血管的連接處進(jìn)入兩個血管之一的手動操作的導(dǎo)管或?qū)Ь€定向時，通常的慣例是試圖在其近端或近側(cè)轉(zhuǎn)動導(dǎo)管或?qū)Ь€以使其在遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)動。那么，如果導(dǎo)管或?qū)Ь€的中間有一個環(huán)或一個復(fù)雜的行程或范圍，則用于把近端的轉(zhuǎn)動傳遞到遠(yuǎn)端的扭矩可能無法很好地通過導(dǎo)管或?qū)Ь€體傳遞，導(dǎo)致了轉(zhuǎn)動不足，從而會發(fā)生導(dǎo)管或?qū)Ь€在其遠(yuǎn)端或最前端轉(zhuǎn)動不精確。這可以稱為不良的扭矩性。
而且，在其近端推導(dǎo)管或?qū)Ь€以使其遠(yuǎn)端在血管內(nèi)向目標(biāo)位置前進(jìn)時，如果導(dǎo)管或?qū)Ь€有一個環(huán)或一個復(fù)雜的行程或范圍，則在導(dǎo)管或?qū)Ь€體上將會出現(xiàn)撓曲，這會阻止作用在近端的推力精確地傳遞到遠(yuǎn)端，從而導(dǎo)致導(dǎo)管或?qū)Ь€在遠(yuǎn)端定位不精確。這可稱為不良推動性。
另一方面，通過回撤可較精確地實現(xiàn)導(dǎo)管或?qū)Ь€定位。但是，這種操作要求導(dǎo)管或?qū)Ь€首先要前進(jìn)到超過目標(biāo)位置。提高導(dǎo)管或?qū)Ь€的剛度能改善其推動性和扭矩性，但卻增加了穿孔的危險。相反地，如果剛度降低得太多，則無論用多大的力推，撓曲都會阻止導(dǎo)管或?qū)Ь€的進(jìn)一步前進(jìn)。
考慮到上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)或不便之處，從而本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的活動細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器，其可實施為如上所述的活動導(dǎo)管、導(dǎo)線或任何其它微電子機(jī)械系統(tǒng)或系統(tǒng)的活動微型部件。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器，其構(gòu)造簡單并且運(yùn)動能力擴(kuò)大，即扭轉(zhuǎn)、彎曲、伸出和或收縮其活動部分，即其需要起作用的部分，和/或容易并精確地把這部分的剛度調(diào)整到需要的范圍或多個范圍。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種符合上述要求的外構(gòu)架型細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種改進(jìn)的制造這種外構(gòu)架型細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器的方法，該方法允許以提高的精度進(jìn)行制造。
在下文中將變得更容易清楚的這些和其它目的是根據(jù)本發(fā)明來獲得的。
根據(jù)本發(fā)明的原理，在其第一方面和其某種實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求1中所述)中，提供了一種備有扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的活動細(xì)長管。詳細(xì)地說，即當(dāng)實施為活動導(dǎo)管或?qū)Ь€，或任何其它微電子機(jī)構(gòu)系統(tǒng)或系統(tǒng)的活動微型部件時，本發(fā)明的這種實現(xiàn)形式提供了一種活動的細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器，細(xì)長管或管形物或儀器的主體部分上安裝有扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用于扭轉(zhuǎn)細(xì)長管或管形物或儀器的活動部分。
根據(jù)本發(fā)明原理的一種替代實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求2中所述)，提供了一種備有伸縮機(jī)構(gòu)的活動細(xì)長管。詳細(xì)地說，即當(dāng)實施為活動導(dǎo)管或?qū)Ь€，或任何其它微電子機(jī)構(gòu)系統(tǒng)或系統(tǒng)的活動微型部件時，細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器的主體上安裝有一伸縮機(jī)構(gòu)，用于伸縮細(xì)長管或管形物或儀器的活動部分。這里的伸縮機(jī)構(gòu)包括一可彈性變形的外構(gòu)架和一伸縮致動器，其中所述外構(gòu)架可包括可彈性變形的外管或管形構(gòu)件或元件，所述伸縮致動器布置在所述外構(gòu)架內(nèi)并緊固或固定在外構(gòu)架上。伸縮構(gòu)件是用形狀記憶合金(SMA)制造的并且緊固或固定在可彈性變形的外構(gòu)架上，在變形時其長度與用SMA制造的致動器在自然形狀記憶狀態(tài)的長度不同。
根據(jù)本發(fā)明原理的另一種替代實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求3中所述)，提供了一種備有剛度控制機(jī)構(gòu)的活動細(xì)長管。詳細(xì)地說，即當(dāng)實施為活動導(dǎo)管或?qū)Ь€，或任何其它微電子機(jī)構(gòu)系統(tǒng)或系統(tǒng)的活動微型部件時，本發(fā)明原理的這種實現(xiàn)形式提供了一種活動的細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器，其主體部分上具有剛度控制機(jī)構(gòu)，用于控制細(xì)長管或管形物或儀器前端的活動部分或主體部分的剛度。
根據(jù)本發(fā)明原理的一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求4中所述)，提供了一種如前面三個段落中任一段落所述的活動細(xì)長管，特別是在活動細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器的主體部分上或主體部分內(nèi)還提供了彎曲機(jī)構(gòu)。當(dāng)實施為活動導(dǎo)管或?qū)Ь€，或任何其它微電子機(jī)構(gòu)系統(tǒng)或系統(tǒng)的活動微型部件時，彎曲機(jī)構(gòu)特別與細(xì)長管或管形物或儀器的活動端部相鄰，用于彎曲活動端部。彎曲機(jī)構(gòu)包括一可彈性變形的外構(gòu)架和一用SMA材料制造的彎曲致動器，其中所述外構(gòu)架可包括如上所述的可彈性變形的外管或管形構(gòu)件或元件。
根據(jù)本發(fā)明原理的另一種替代實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求5中所述)，提供了一種如實施為，例如，活動導(dǎo)管或?qū)Ь€或任何其它微電子機(jī)械系統(tǒng)或系統(tǒng)的微型部分的活動細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器，其包括一彎曲機(jī)構(gòu)、一扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、一伸縮機(jī)構(gòu)和一剛度控制機(jī)構(gòu)，并具有可彈性變形的外構(gòu)架。作為另外一種選擇，其可包括一可彈性變形的外構(gòu)架、一彎曲機(jī)構(gòu)、一扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和一剛度控制機(jī)構(gòu)。詳細(xì)地說，可彈性變形的外構(gòu)架上可具有為全部彎曲、扭轉(zhuǎn)、伸縮和剛度控制機(jī)構(gòu)所共用的部分，但最好分別具有特別針對這些單獨(dú)機(jī)構(gòu)的專用部分，其中所述共用部分可用可彈性變形的外管或管形構(gòu)件或元件組成。
本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求6中所述)的特征在于，如上所述特別為彎曲機(jī)構(gòu)提供的可彈性變形的外構(gòu)架或構(gòu)架部分包括一扁平電纜或金屬絲型的襯套線圈。
本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求7中所述)的特征在于，如上所述的扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括一可彈性變形的外構(gòu)架和一扭轉(zhuǎn)致動器，其中所述扭轉(zhuǎn)致動器布置在所述外構(gòu)架內(nèi)部并與外構(gòu)架同軸地固定在外構(gòu)架上。這里，扭轉(zhuǎn)致動器是用SMA材料制造的并且緊固或固定在可彈性變形的外構(gòu)架上，在變形時，扭轉(zhuǎn)致動器的直徑從用SMA制造的致動器在自然形狀記憶狀態(tài)的直徑扭轉(zhuǎn)變化。
本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求8中所述)的特征在于，如上所述的剛度控制機(jī)構(gòu)包括一可彈性變形的外構(gòu)架和一剛度控制致動器，其中所述剛度控制致動器布置在所述可彈性變形外構(gòu)架內(nèi)部并與外構(gòu)架同軸地固定在外構(gòu)架上。這里，剛度控制致動器是用SMA材料制造的，并以其自然形狀記憶狀態(tài)緊固或固定在可彈性變形的外構(gòu)架上。
本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求9中所述)的特征在于，如上所述的彎曲機(jī)構(gòu)、扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)和剛度控制機(jī)構(gòu)中的每一個在其每個相對端部上備有電極連接器。
本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求10中所述)的特征在于，如上所述的可彈性變形的外構(gòu)架包括一螺旋板，所述螺旋板中結(jié)合有許多金屬絲，并且還具有塑料制造的扁平金屬絲的彈簧結(jié)構(gòu)和涂有絕緣材料的超彈性合金制造的扁平金屬絲的彈簧結(jié)構(gòu)之一。
本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求11中所述)的特征在于，如上所述的用SMA制造的致動器構(gòu)件具有扁平電纜或金屬絲彈簧結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求12中所述)的特征在于，如上所述的扁平電纜或金屬絲彈簧結(jié)構(gòu)和用SMA制造的致動器具有為其提供的加熱器。
當(dāng)用作微型機(jī)器系統(tǒng)的活動部件例如如上所述的導(dǎo)管、導(dǎo)線或任何其它的系統(tǒng)活動微型部件時，這種如上所述的活動細(xì)長管或管形物或儀器能夠容易地彎曲、扭轉(zhuǎn)、和/或伸縮、和/或容易并精確地將其活動部分的剛度調(diào)整到要求的范圍或多個范圍。
如上所述的結(jié)合用SMA制造的致動器的外構(gòu)架結(jié)構(gòu)允許每個都做成扁平彈簧結(jié)構(gòu)，從而允許較多數(shù)量的較細(xì)金屬絲結(jié)合在其中的每一個內(nèi)。
而且，將散熱體SMA致動器構(gòu)件布置在外構(gòu)架結(jié)構(gòu)內(nèi)部并使其與活動細(xì)長管或管形物或儀器的表面間隔足夠的距離，可有效地將表面溫度限制在或遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人體可承受的41℃。
根據(jù)本發(fā)明的原理，在其第二方面和其另一種實現(xiàn)形式中(如權(quán)利要求13中所述)，提供了一種用于制造細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器的方法，該細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器可實施為活動導(dǎo)管或?qū)Ь€或任何其它微型機(jī)器系統(tǒng)或系統(tǒng)的活動微型部件，該方法包括如下步驟準(zhǔn)備一致動器，該致動器是用形狀記憶合金(SMA)制造的，其形狀為構(gòu)成細(xì)長管或管形物或儀器的一部分；在用SMA制造的致動器外部與其同軸地布置一可彈性變形的外構(gòu)架，該外構(gòu)架的形狀為構(gòu)成細(xì)長管或管形物或儀器的一部分；將用SMA制造的致動器構(gòu)件和外構(gòu)架固定在一起。
在其第二方面，本發(fā)明原理的一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求14中所述)的特征在于，上述布置步驟包括這樣的步驟，即用SMA制造的致動器包覆一個桿。
在其第二方面，本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求15中所述)的特征在于，上述布置步驟包括這樣的步驟，即將桿布置在用SMA制造的致動器上并用外構(gòu)架包覆一個桿。
在其第二方面，本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求16中所述)的特征在于，上述布置步驟包括這樣的步驟，即用SMA制造的致動器包覆三角形橫截面的管形模具。
本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求17中所述)的特征在于，上述布置步驟包括這樣的步驟，即將一導(dǎo)線電連接在用SMA制造的致動器上。
在其第二方面，本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求18中所述)的特征在于，上述固定步驟包括這樣的步驟，即用粘合劑將用SMA制造的致動器構(gòu)件和外構(gòu)架粘合在一起。
在其第二方面，本發(fā)明原理的一種替代特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求19中所述)的特征在于，上述布置步驟包括這樣的步驟，即在用SMA制造的致動器構(gòu)件和外構(gòu)架的相應(yīng)區(qū)域上形成非絕緣部分，上述固定步驟包括這樣的步驟，即讓電流通過位于電鍍液中的SMA制造的致動器構(gòu)件和外構(gòu)架以使金屬從液體中沉積到非絕緣部分上，從而將致動器構(gòu)件和外構(gòu)架在相應(yīng)的區(qū)域上電連接。
在其第二方面，本發(fā)明原理的一種替代特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求20中所述)的特征在于，上述布置步驟包括這樣的步驟，即在用SMA制造的致動器構(gòu)件和外構(gòu)架的相應(yīng)區(qū)域上形成非絕緣部分，并在非絕緣部分附近布置至少一個導(dǎo)線，上述固定步驟包括這樣的步驟，即讓電流通過位于電鍍槽中的導(dǎo)線、SMA制造的致動器構(gòu)件和外構(gòu)架以使金屬從液體中沉積到導(dǎo)線和非絕緣部分上，從而將致動器構(gòu)件、外構(gòu)架和導(dǎo)線在相應(yīng)的區(qū)域上電連接。
在其第二方面，本發(fā)明原理的一種替代特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求21中所述)的特征在于，上述布置步驟包括這樣的步驟，即在用SMA制造的致動器構(gòu)件和外構(gòu)架的相應(yīng)區(qū)域上形成非絕緣部分，上述固定步驟包括這樣的步驟，即讓電流通過位于包含絕緣樹脂的液體中的SMA制造的致動器構(gòu)件和外構(gòu)架以使絕緣樹脂從液體中電沉積到所述非絕緣部分上，從而將致動器構(gòu)件和外構(gòu)架在相應(yīng)的區(qū)域上連接起來。
在其第二方面，本發(fā)明原理的一種替代特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求22中所述)的特征在于，上述布置步驟包括這樣的步驟，即在用SMA制造的致動器構(gòu)件上形成非絕緣部分并電鍍該非絕緣部分以在其上形成導(dǎo)電接點(diǎn)，上述固定步驟包括這樣的步驟，即讓電流通過位于包含絕緣樹脂的液體中的SMA制造的致動器構(gòu)件和外構(gòu)架以使絕緣樹脂從液體溶液中電沉積到非絕緣部分和整個外構(gòu)架上，從而將致動器構(gòu)件和外構(gòu)架連接起來。
在其第二方面，本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求23中所述)的特征在于，還包括這樣的步驟，即在用SMA制造的致動器構(gòu)件和外構(gòu)架上形成非絕緣部分，并讓電流通過位于電鍍槽中的SMA制造的致動器構(gòu)件和外構(gòu)架以使金屬從電鍍槽中沉積到非絕緣部分上，從而將致動器構(gòu)件和外構(gòu)架電連接。
在其第二方面，本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求24中所述)的特征在于，還包括這樣的步驟，即就在沉積金屬和/或絕緣樹脂之前，分別去除用SMA制造的致動器構(gòu)件和外構(gòu)架上的自然氧化層。
在其第二方面，本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求25中所述)的特征在于，還包括這樣的步驟，即通過真空干燥進(jìn)行干燥。
在其第二方面，本發(fā)明原理的另一種特定實現(xiàn)形式(如權(quán)利要求26中所述)的特征在于，在上述布置步驟中，SMA制造的致動器構(gòu)件布置為能夠彈性變形。
上述制造細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器的方法能夠允許以更高的精度來生產(chǎn)這種細(xì)長管或管形物或儀器。
而且，如果通過金屬電鍍或樹脂沉積來進(jìn)行固定，則固定可在許多連接點(diǎn)同時實現(xiàn)。
從下面對在附圖的各種圖形中展示的優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述中，該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解和更容易明白這些和其它的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。
在附圖中

圖1所示為表示本發(fā)明第一種實施例的活動導(dǎo)管的部分透視圖；圖2所示為表示本發(fā)明第二種實施例的活動導(dǎo)線的部分透視圖，其中導(dǎo)線可在三個方向上彎曲；圖3所示為表示本發(fā)明第三種實施例的活動導(dǎo)線的部分透視圖，其中導(dǎo)線可在一個方向上彎曲；圖4所示為表示本發(fā)明第四種實施例的活動導(dǎo)線的部分透視圖，其中導(dǎo)線具有一接線；圖5所示為表示本發(fā)明第五種實施例的活動導(dǎo)線的部分透視圖；圖6所示為表示本發(fā)明第五種實施例的凸凹電極接頭的外觀視圖；圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的活動導(dǎo)管的彎曲運(yùn)動機(jī)構(gòu)的部分透視圖；圖8所示為表示導(dǎo)線如何連接的詳細(xì)視圖；圖9A所示為表示實際電路(a)的視圖；圖9B所示為表示等效電路(b)的視圖；圖10所示為表示扁平金屬絲型襯套線圈的平面圖；圖11A所示為表示用于扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的處于其記憶狀態(tài)的SMA致動器的視圖；圖11B所示為表示扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的SMA致動器的視圖，該SMA致動器在扭轉(zhuǎn)時直徑比其形狀記憶狀態(tài)大；圖11C所示為扭轉(zhuǎn)致動器機(jī)構(gòu)的外觀視圖；圖12所示為表示根據(jù)本發(fā)明實施例形式的扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提供的運(yùn)動的概念視圖；圖13A所示為表示根據(jù)本發(fā)明另一種實施例的用于伸縮機(jī)構(gòu)的處于其形狀記憶狀態(tài)的SMA致動器的視圖；圖13B所示為表示用于該機(jī)構(gòu)的SMA制造的伸縮致動器的視圖，其中該致動器處于收縮狀態(tài)；圖14所示為表示根據(jù)本發(fā)明實施例形式的伸縮機(jī)構(gòu)提供的運(yùn)動的概念視圖；圖15A和15B所示為表示根據(jù)本發(fā)明另一種實施例的剛度控制機(jī)構(gòu)的視圖，其中圖15A表示的SMA剛度控制機(jī)構(gòu)處于其自然形狀記憶狀態(tài)，圖15B表示的是剛度控制機(jī)構(gòu)的外觀；圖16A和16B所示為表示根據(jù)本發(fā)明實施例形式的剛度控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動的視圖；圖17A、17B、17C、17D和17E共同表示一流程圖，該流程圖表示外構(gòu)架型導(dǎo)線是如何按根據(jù)本發(fā)明另一種形式的一種方法裝配的；圖18A和18B共同表示一流程圖，該流程圖表示外構(gòu)架型導(dǎo)線是如何按根據(jù)本發(fā)明一種替代形式的另一種方法裝配的；圖19A和19B所示為表示根據(jù)本發(fā)明形式的替代形式模具的外觀的視圖；圖20A和20B所示為表示根據(jù)本發(fā)明另一種實施例通過電鍍組裝活動細(xì)長管或管形物或儀器的工序的主要步驟的視圖，所示分別為電鍍前和電鍍后階段；圖21A和21B所示為表示根據(jù)本發(fā)明另一種實施例通過電鍍組裝活動細(xì)長管或管形物或儀器和導(dǎo)線的工序的主要步驟的視圖，所示分別為電鍍前和電鍍后階段；圖22A和22B所示為表示將襯套線圈和SMA致動器固定在一起以組裝細(xì)長管或管形物或儀器的工序的主要步驟的視圖，所示分別為電鍍前和電鍍后階段；圖23A到23G所示為表示根據(jù)本發(fā)明的另一種形式，在組裝細(xì)長管或管形物或儀器時用絕緣樹脂將襯套線圈和SMA致動器固定在一起的工序的主要步驟的視圖；圖24A到24H所示為共同表示根據(jù)本發(fā)明的另一種形式，在組裝細(xì)長管或管形物或儀器時用絕緣樹脂將襯套線圈和SMA致動器固定在一起的替代工序的主要步驟的視圖；圖25A、25B和25C為示意圖，表示了根據(jù)本發(fā)明另一種實施例的電金屬或樹脂沉積工序中的設(shè)備構(gòu)造；圖26所示為表示本發(fā)明第六種實施例的透視圖；圖27所示基本為一布置方式的示意圖，在該布置方式中利用螺旋電纜板作為襯套線圈。
在下文中，將參考附圖中的各種圖形來描述關(guān)于改進(jìn)的活動細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器(以后簡稱為“細(xì)長管”)的本發(fā)明的適當(dāng)優(yōu)選實施例及細(xì)長管的制造方法，其中所述活動細(xì)長(小直徑)管或管形物或儀器可實施為醫(yī)學(xué)或非醫(yī)學(xué)的微機(jī)器系統(tǒng)或系統(tǒng)的活動微型部件。
在圖1中以透視圖表示了根據(jù)本發(fā)明某種實施例實施為活動導(dǎo)管的活動細(xì)長管。
在圖1中，所示根據(jù)這種實施例的活動導(dǎo)管1在其活動的遠(yuǎn)端包括四個部分，分別為彎曲或撓曲機(jī)構(gòu)A、扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)B、伸縮機(jī)構(gòu)C和剛度控制機(jī)構(gòu)D，其中所示活動遠(yuǎn)端彎曲成字母“J”形。彎曲機(jī)構(gòu)A位于“J”的最遠(yuǎn)端。扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)B位于J形彎曲部分的根部并與彎曲機(jī)構(gòu)A相連。伸縮機(jī)構(gòu)C位于J形彎曲部分的直線部分上并與扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)B相連。剛度控制機(jī)構(gòu)D位于J形彎曲部分的近側(cè)并與伸縮機(jī)構(gòu)C相連。如圖1中所示，這些獨(dú)立的機(jī)構(gòu)A、B、C和D位于環(huán)形的空間內(nèi)，該環(huán)形空間由內(nèi)彈性管3和薄的外彈性管4限定，其中所述內(nèi)彈性管3中具有工作通道，所述外彈性管4由例如硅橡膠組成，并可能具有與其相聯(lián)的單個連續(xù)襯套線圈6。
彎曲機(jī)構(gòu)A包括布置為支撐外管4內(nèi)壁表面的襯套線圈6。在與外管4一起構(gòu)成外構(gòu)架(外骨架)的襯套線圈6內(nèi)部布置有彎曲致動器構(gòu)件8，其包括一個或多個(所示為三個)由形狀記憶合金(SMA)構(gòu)成的緊密纏繞的彈簧線圈，這些線圈或每個線圈單獨(dú)通過導(dǎo)電粘合劑7固定在襯套線圈6上，最好是多點(diǎn)固定，以形成彎曲致動器元件。這樣固定到襯套線圈6上后，所示三個SMA制造的致動器線圈8中的每一個都具有許多連接點(diǎn)。當(dāng)通以電流加熱相鄰連接點(diǎn)間組成每個彎曲致動器元件的一定長度的線圈段時，線圈段或元件將會收縮并使導(dǎo)管的活動遠(yuǎn)端彎曲。盡管提供多個連接點(diǎn)有利于使導(dǎo)管1的活動遠(yuǎn)端成為鉸接的，但即使單個連接點(diǎn)也仍是起作用的。在該實施例中，提供了三個SMA制造的彎曲致動器線圈8以使導(dǎo)管的活動遠(yuǎn)端可在三個獨(dú)立的方向上彎曲。襯套線圈6具有絕緣涂層，但致動器線圈8不帶這種涂層。這也適用其它運(yùn)動機(jī)構(gòu)B、C和D中的情況。
扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)B包括布置為支撐外管4內(nèi)壁表面的襯套線圈6。扭轉(zhuǎn)致動器構(gòu)件12布置在襯套線圈6內(nèi)并與襯套線圈同軸，由相鄰圈之間帶有間隔的彈簧形線圈組成，線圈是用SMA制造的，并在其適當(dāng)?shù)牟课挥貌粚?dǎo)電的粘合劑17固定在襯套線圈6上。SMA制造的扭轉(zhuǎn)致動器線圈12應(yīng)固定在襯套線圈6上，在變形時，其直徑應(yīng)比其自然形狀記憶狀態(tài)的直徑稍大些，襯套線圈6與外管4一起為SMA制造的扭轉(zhuǎn)致動器構(gòu)件12構(gòu)成外構(gòu)架(外骨架)。在所示實施例中，SMA制造的扭轉(zhuǎn)致動器線圈12布置為具有單個連接點(diǎn)或線圈段，其在通以電流加熱時收縮，從而使導(dǎo)管1的活動遠(yuǎn)端扭轉(zhuǎn)。當(dāng)然，線圈12可備有一定長度的多個這種連接點(diǎn)或線圈段作為致動器元件，用電流分別加熱。
伸縮機(jī)構(gòu)C包括布置為支撐外管4內(nèi)壁表面的襯套線圈6。伸縮致動器構(gòu)件14布置在襯套線圈6內(nèi)并與襯套線圈同軸，由相鄰圈之間帶有間隔的彈簧形線圈組成，線圈是用SMA制造的，并在其適當(dāng)?shù)牟课挥貌粚?dǎo)電的粘合劑17固定在襯套線圈6上。在固定前SMA制造的伸縮致動器線圈14稍稍壓縮變形，固定后其長度與襯套線圈6相同，襯套線圈6與外管4一起為SMA制造的伸縮致動器構(gòu)件14構(gòu)成外構(gòu)架(外骨架)。在所示實施例中，SMA制造的伸縮致動器線圈14布置為具有單個連接點(diǎn)或線圈段，其在通以電流加熱時伸長以恢復(fù)其自然長度，從而使導(dǎo)管1的活動遠(yuǎn)端伸長。切斷電流后，致動器線圈14能夠收縮，從而縮回導(dǎo)管的活動遠(yuǎn)端。當(dāng)然，線圈12可備有一定長度的多個這種連接點(diǎn)或線圈段作為致動器元件，用電流分別加熱。
剛度控制機(jī)構(gòu)D包括布置為支撐外管4內(nèi)壁表面的襯套線圈6。剛度控制致動器構(gòu)件16布置在襯套線圈6內(nèi)并與襯套線圈同軸，由相鄰圈之間帶有間隔的彈簧形線圈組成，線圈是用SMA制造的，并在其指定的部位用不導(dǎo)電的粘合劑17固定在襯套線圈6上。SMA制造的剛度控制致動器線圈16以其自然狀態(tài)長度固定在襯套線圈6上，襯套線圈6與外管4一起為剛度控制致動器構(gòu)件16構(gòu)成外構(gòu)架(外骨架)。在所示實施例中，SMA制造的剛度控制致動器線圈16布置為具有單個連接點(diǎn)或線圈段，其在通以電流加熱時使其本身變硬，從而使導(dǎo)管1的J形活動遠(yuǎn)端部分硬化，但不會發(fā)生變形。切斷加熱電流后，致動器線圈16能夠使其自身變軟，從而使導(dǎo)管1的J形活動遠(yuǎn)端部分軟化，但不會發(fā)生變形。當(dāng)然，線圈16可備有一定長度的多個這種連接點(diǎn)或線圈段作為致動器元件，用電流分別加熱。
襯套線圈6設(shè)計為當(dāng)SMA致動器線圈8、12和14中的每一個通電加熱或斷電冷卻時，能夠與外和內(nèi)彈性管3和4一起變形。機(jī)構(gòu)A、B、C和D也可分別具有固定在內(nèi)管3上的一個部分或多個部分，不一定需要如圖所示地相互連接，并且其相互連接可以任何適當(dāng)?shù)捻樞蚋淖儭?br> 上面所示和所述的構(gòu)造，其中每個襯套線圈6和每個相應(yīng)的致動器線圈8、12、14和16封閉在由內(nèi)和外彈性管3和4限定的環(huán)形空間內(nèi)，構(gòu)成管或管形物或儀器并組成管或管形物或儀器的幾何構(gòu)件。
通過向構(gòu)成每個機(jī)構(gòu)的連接點(diǎn)的部分施加加熱電流，上述根據(jù)具有圖1所示構(gòu)造的第一種實施例實施為活動導(dǎo)管1的細(xì)長管能夠根據(jù)需要移動導(dǎo)管的J形活動遠(yuǎn)端，即如箭頭a所示使其在三個獨(dú)立方向上彎曲、如箭頭b所示使其扭轉(zhuǎn)和如箭頭c所示使其伸縮(前后移動)，并能夠使其保持在足夠硬或軟的狀態(tài)。
流體可噴入到在導(dǎo)管1內(nèi)管3遠(yuǎn)端提供的孔內(nèi)或從中抽出。作為另外一種選擇，通過內(nèi)管3中的工作通道導(dǎo)向的微型工具可通過該孔從內(nèi)管3出來或進(jìn)入內(nèi)管3中。
從而如所示和所述實施的細(xì)長管可用于醫(yī)學(xué)上的診斷和治療，還可用作測試或檢查和維護(hù)復(fù)雜機(jī)器或管道系統(tǒng)的管形儀器。
圖2以部分透視圖表示了可在三個方向上彎曲的活動導(dǎo)線，其代表了本發(fā)明的第二種實施例。在該實施例中實施為活動導(dǎo)線20的細(xì)長管去掉了在根據(jù)第一種實施例的導(dǎo)管中提供的內(nèi)管3，但仍是中空的以保留管形構(gòu)造，其外徑和內(nèi)徑進(jìn)一步減小。導(dǎo)線20在其最遠(yuǎn)端，即J形活動遠(yuǎn)端部分的最前端備有一半球形蓋21，以密封這樣實施導(dǎo)線20的中空內(nèi)部并提供足夠的導(dǎo)線接觸端。在圖2中未示出剛度控制機(jī)構(gòu)，但在該實施例中可以提供一剛度控制機(jī)構(gòu)，如圖1中所示一樣，連接在伸縮機(jī)構(gòu)上。
這里的每個襯套線圈6仍然適合在SMA制造的致動器8、12、14通電加熱時與外彈性管4一起彈性變形，并在斷電后恢復(fù)其原始狀態(tài)。這些機(jī)構(gòu)可相互分開獨(dú)立布置，或者作為另外一種選擇，可用連接物或多個連接物相互連接起來。
用第二種實施例獲得的J形活動端部運(yùn)動與前面對第一種實施例的描述基本相同。
圖3以部分透視圖表示了可在一個方向上彎曲的活動導(dǎo)線，其代表了本發(fā)明的第三種實施例。
在圖3所示的根據(jù)第三種實施例的導(dǎo)線30中，彎曲機(jī)構(gòu)A’僅具有一個SMA制造的致動器構(gòu)件線圈8，允許導(dǎo)線的J形活動遠(yuǎn)端部分在一個方向上作彎曲運(yùn)動，如箭頭a’所示。這種實施例獲得的其它運(yùn)動與圖2中所示的第二種實施例相同。盡管在圖3中未示出剛度控制機(jī)構(gòu)D，但在該實施例中可以提供一剛度控制機(jī)構(gòu)，如圖1中所示一樣，連接在伸縮機(jī)構(gòu)C上。
圖4以部分透視圖示出了根據(jù)本發(fā)明第四種實施例的具有一連接線的活動導(dǎo)線。盡管圖4中未示出剛度控制機(jī)構(gòu)D，但其可以圖1所示實施例的形式連接到伸縮機(jī)構(gòu)C上。
如圖4中所示，根據(jù)第四種實施例的活動導(dǎo)線40用可彎曲的連接線42代替了根據(jù)第一種實施例的活動導(dǎo)管中的內(nèi)管3，連接線42穿過中空或管形構(gòu)造以保證相對彎曲機(jī)構(gòu)A、扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)B、伸縮機(jī)構(gòu)C和剛度控制機(jī)構(gòu)D處于中心位置。這里的導(dǎo)線40的直徑也減小了。通過第四種實施例獲得的活動遠(yuǎn)端部分的運(yùn)動與第一種實施例基本相同。
圖5以部分透視圖表示了根據(jù)本發(fā)明第五種實施例的活動導(dǎo)線。盡管在圖5中未示出剛度控制機(jī)構(gòu)D，但在該實施例中可以提供一剛度控制機(jī)構(gòu)，如圖1中所示一樣，連接在伸縮機(jī)構(gòu)C上。
參見圖5和6，根據(jù)第五種實施例的導(dǎo)線50在根據(jù)第四種實施例的導(dǎo)線40上具有兩個相鄰的致動器機(jī)構(gòu)，這兩個致動器機(jī)構(gòu)通過凸電極連接器54和凹電極連接器52相互連接。特別是，如圖所示，彎曲機(jī)構(gòu)A的近端備有與在扭轉(zhuǎn)致動器機(jī)構(gòu)B的遠(yuǎn)端提供的凹或凸電極連接器52、54連接的凸或凹電極連接器54、52，扭轉(zhuǎn)致動器機(jī)構(gòu)B近端備有與在伸縮致動器機(jī)構(gòu)C的遠(yuǎn)端提供的凹或凸電極連接器52、54連接的凸或凹電極連接器54、52。從而致動器機(jī)構(gòu)A、B、C和D相互電連接。
這種布置方式允許彎曲機(jī)構(gòu)A、扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)B、伸縮機(jī)構(gòu)C和剛度控制機(jī)構(gòu)D分別作為獨(dú)立的組件進(jìn)行制造，這些組件可容易的組裝起來或互相拆開。
第五種實施例中的連接線42可用圖1中所示的內(nèi)管3代替，以提供具有工作通道和帶有凸凹電極連接器54、52的環(huán)形結(jié)構(gòu)的活動導(dǎo)管。
下面將詳細(xì)描述每一個機(jī)構(gòu)A、B、C和D。
圖7以部分透視圖表示了活動導(dǎo)管用的彎曲機(jī)構(gòu)70。
參見圖7，彎曲致動器機(jī)構(gòu)70包括一襯套線圈6，該襯套線圈布置為支撐外管4內(nèi)壁表面并涂有絕緣材料。以一個或多個(所示為三個)緊密纏繞的彈簧線圈形式提供的SMA制造的彎曲致動器構(gòu)件8布置在襯套線圈6內(nèi)并與襯套線圈同軸，每個致動器構(gòu)件8通過導(dǎo)電粘合劑72固定在襯套線圈6上，與襯套線圈電連接。每個彎曲致動器線圈8還在其適當(dāng)?shù)牟课簧嫌貌粚?dǎo)電粘合劑17固定在襯套線圈6上。內(nèi)管3布置為沿活動導(dǎo)管的縱軸線延伸。
通過這樣構(gòu)造和布置，每個SMA制造的彎曲致動器線圈8具有一多點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)并且具有許多連接段或連接部分，其中的每一個可通過導(dǎo)線從電源通以電流進(jìn)行加熱。通過導(dǎo)電粘合劑72，三個這種導(dǎo)線74固定在SMA致動器線圈8上，一個固定在襯套線圈6上，以建立需要的電連接。用不導(dǎo)電粘合劑76固定在SMA致動器線圈8上的金屬桿77和支架78用于組裝該機(jī)構(gòu)，并可留下為機(jī)構(gòu)形成連接。如前面所述，如果去掉內(nèi)管3或用連接線42代替，則內(nèi)管3可用作導(dǎo)線彎曲致動器機(jī)構(gòu)的附加部件。
圖8詳細(xì)地表示了SMA致動器線圈8在什么地方和如何固定到襯套線圈6上，以及導(dǎo)線74在什么地方和如何連接到SMA致動器線圈上。圖9A表示的是實際的電路(a)，圖9B表示的是其等效電路。在這些圖中，為簡明起見僅表示了單個SMA致動器線圈8。
如圖8中所示，襯套線圈6在部位82局部去掉了絕緣涂層，在這里用導(dǎo)電粘合劑72將襯套線圈6粘接到SMA致動器線圈8上，以建立與SMA致動器線圈8的電連接。在襯套線圈6上的部位83，導(dǎo)線74固定在SMA致動器線圈8上并與其電連接，在該部位襯套線圈6的絕緣涂層保留并且襯套線圈6固定在SMA致動器線圈8上。襯套線圈6是接地的。
圖9A表示的是一示例性多連接點(diǎn)SMA致動器線圈8布置方案，其中SMA致動器線圈8分成三個線圈部分或線圈段92、94和96，其中的每一個設(shè)計為構(gòu)成一接合點(diǎn)或連接點(diǎn)并限定在兩個相鄰部位82之間，在部位82，SMA致動器線圈8機(jī)械固定在襯套線圈上并與其電連接。導(dǎo)線74在部位83固定并電連接在致動器線圈8上，部位83分別代表線圈段92、94和96的中心點(diǎn)，在部位83，SMA致動器線圈8電絕緣地固定在襯套線圈6上。這些SMA致動器線圈段92、94和96構(gòu)成電路中的電阻，與致動器線圈8的全部電阻和甚至與每個致動器線圈段92、94和96的電阻相比，襯套線圈6的電阻可忽略不計。因此，通過提供的各自O(shè)N/OFF開關(guān)97、98和99，當(dāng)加熱電流選擇地通過這些線圈段92、94和/或96時，一方面通過襯套線圈6的終端、另一方面通過上述三個導(dǎo)線74而形成的三個平行電路分別具有如圖9B中所示的等效電路。因為電流是根據(jù)電阻來分配的，所以如果，例如，只閉合第一和第三開關(guān)97和99，同時斷開第二開關(guān)98，使電流可選擇地通過第一和第三線圈段92和96以可選擇地將其加熱，則通過第二致動器94的電流是低到可忽略不計的，其結(jié)果是，只有第一和第三SMA致動器線圈段92和96被加熱，從而發(fā)生變形(在這種情況下是收縮)。
如果使用如圖5和6中所示的凸凹電極連接器(52，54)，則接地的襯套線圈6應(yīng)具有一個共用的終端供電路使用，電路的另一個終端分別與相應(yīng)致動器線圈段92、94和96相連。
SMA致動器線圈8是用直徑為50微米的線圈金屬絲制造的，外徑可以做成，例如250微米。用，例如不銹鋼制造的襯套線圈6可具有一絕緣涂層，例如電沉積在其上面的熱固丙烯酸樹脂絕緣涂層，線圈的外徑為1.1到1.3毫米，線圈金屬絲直徑為100微米。如果需要進(jìn)一步減少線圈金屬絲的直徑，那么可以用王水蝕刻以產(chǎn)生外徑為80微米的金屬絲，進(jìn)一步細(xì)化。
用于固定襯套線圈和一個或多個SMA致動器線圈的支撐件可利用，例如直徑為0.4到0.5毫米的聚酰亞胺管。裝配金屬桿的直徑可以是0.3毫米，導(dǎo)電粘合劑可利用帶銀填充物的環(huán)氧樹脂。
通過這些部件，可以將總成裝配在外徑為1.3毫米的外管中，以形成無內(nèi)管的無連接外構(gòu)架型活動管形導(dǎo)線，導(dǎo)線備有外徑為1.4毫米的多連接點(diǎn)、多自由度移動機(jī)構(gòu)。
圖10所示為可以利用的扁平金屬絲襯套線圈101，其具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即其縱向剛度提高，同時橫向具有足夠的剛度，從而能夠提供良好的彎曲性或橫向變形性，以彎曲如在彎曲致動器機(jī)構(gòu)中使用的活動部分。
如在上述單向或多向型彎曲致動器機(jī)構(gòu)中所使用的，當(dāng)襯套線圈101隨著用電加熱或冷卻使某個致動器線圈連接部分產(chǎn)生的收縮或伸展而從其原始位置橫向變形或恢復(fù)其原始位置時，這種構(gòu)造的襯套線圈101彎曲從而為其活動部分，在彎曲和恢復(fù)運(yùn)動中，在許多方向的每個方向上提供增強(qiáng)的特性，其中所述許多方向取決于提供的SMA彎曲致動器數(shù)量。
下面將詳細(xì)解釋上述扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
圖11A、11B和11C為表示扭轉(zhuǎn)致動器機(jī)構(gòu)的實質(zhì)的視圖，其中圖11A表示處于自然形狀記憶狀態(tài)的SMA制造的扭轉(zhuǎn)致動器線圈12，圖11B表示的是扭轉(zhuǎn)后的致動器線圈12，此時其直徑與自然記憶狀態(tài)相比稍稍增加，圖11C為扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)110的外觀視圖。
如圖11C中所示的扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)110是為活動導(dǎo)線設(shè)計的，為簡明起見，圖中去掉了前面所述的某些元件，如外管4(圖2-5)和連接線42(圖4和5)，以及可用于安裝所示聚合物制造的固定管112的蓋21(圖2-5)。如果用圖1中所示的內(nèi)管3代替固定管112，則會得到直徑可變的活動導(dǎo)管。下面主要參考活動導(dǎo)線來進(jìn)行描述。
參見圖11A、11B和11C，扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)110利用了SMA制造的線圈致動器12，如上所述，致動器12布置在襯套線圈6內(nèi)部，并與線圈6同軸地固定在線圈6上。這里，這樣固定后，SMA線圈致動器12扭轉(zhuǎn)變形，其線圈直徑與其形狀記憶狀態(tài)，即其原始自然狀態(tài)或非變形狀態(tài)相比稍稍變大。利用不導(dǎo)電粘合劑17在選擇的部位將SMA扭轉(zhuǎn)線圈致動器12固定在襯套線圈6上。SMA線圈致動器12的相對端部用不導(dǎo)電粘合劑17固定在固定管112和112上的襯套線圈6的相對端部上。
而且，導(dǎo)線113連接在SMA線圈致動器12的相對端部上，以允許將其通電加熱。
如果襯套線圈6在其整體共用的一端接地，則SMA線圈致動器12和襯套線圈6可通過固定管112相互電連接，SMA線圈致動器12在其相對端部可與導(dǎo)線連接，以允許被通電加熱。
機(jī)構(gòu)110產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角度與SMA線圈致動器12和襯套線圈6的節(jié)距、這些節(jié)距的比率以及SMA線圈致動器12和襯套線圈6的金屬絲直徑比率有關(guān)。因此，SMA線圈致動器12在這種比率中越高，就可獲得越大的最大扭轉(zhuǎn)角度。通過調(diào)整這些比率就可設(shè)定最佳的扭轉(zhuǎn)角度。
在機(jī)構(gòu)110的遠(yuǎn)端和近端可分別提供一固定管112，固定管112可以是外徑為0.89到1.47毫米的用聚氨酯制造的管。SMA線圈致動器12的線圈外徑可以為1.6到1.8毫米，節(jié)距可以為0.8毫米，金屬絲直徑可以為100微米。襯套線圈6可以用不銹鋼制造，其直徑為3.1到3.3毫米，線圈金屬絲直徑為250微米，線圈長度為250微米，節(jié)距約為2.0毫米，并且可以蝕刻。不導(dǎo)電粘合劑17是設(shè)定為10分鐘時間間隔的環(huán)氧樹脂膠。
為減少驅(qū)動電流，可以減少SMA線圈致動器的直徑。例如，SMA線圈致動器的外徑可以為0.3到0.4毫米，金屬絲直徑為100微米或更小。襯套線圈直徑可以為1.3到1.5毫米，位于前端和后端的固定管的直徑可以為0.3到0.4毫米。而且，不導(dǎo)電粘合劑應(yīng)該使用高抗熱性的環(huán)氧樹脂膠或類似物。
如果使用如圖6中所示的凸凹電極連接器，則其中一個用于將SMA線圈致動器和襯套線圈在一端固定在一起的，可利用其一個終端使襯套線圈接地，而其它終端可用作使電流導(dǎo)入SMA線圈致動器另一端的終端。如果襯套線圈未接地，則凸凹電極連接器可這樣構(gòu)成，即一根金屬絲布置為固定SMA線圈致動器并將電流導(dǎo)入該致動器。
在上述這種結(jié)構(gòu)的用于活動導(dǎo)線120的扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)110中，SMA線圈致動器12在通電加熱時會變形，即收縮或扭轉(zhuǎn)以恢復(fù)其自己的自然記憶形狀，并能夠如圖1到3中的箭頭所示，精確地轉(zhuǎn)動活動端部，例如，即使在如圖12中所示的中間可能有循環(huán)或復(fù)雜的行程或范圍的血管122中也是一樣。當(dāng)切斷加熱電流時，襯套線圈6作為偏壓彈簧使SMA線圈致動器12恢復(fù)其初始形狀和角度。
從而，如上所述的這種構(gòu)造的活動導(dǎo)線能夠在其活動端部產(chǎn)生扭矩并使其精確地轉(zhuǎn)動。
下面將解釋伸縮機(jī)構(gòu)。
圖13A、13B和13C更詳細(xì)地表示了伸縮機(jī)構(gòu)，其中圖11A表示SMA線圈致動器處于其自然形狀記憶狀態(tài)，具有其自然記憶形狀或長度。圖13B表示SMA線圈致動器從其自然記憶狀態(tài)軸向稍稍收縮。圖13C表示伸縮機(jī)構(gòu)的外觀。
在伸縮機(jī)構(gòu)的構(gòu)成中，可利用如由襯套彈簧線圈充當(dāng)?shù)钠珘涸撈珘涸糜谑筍MA線圈致動器在正常狀態(tài)下如被拉伸或壓縮一樣，保持軸向伸展或收縮，或者縮回，并允許通過加熱使SMA線圈致動器被縮回或伸出，從而恢復(fù)或趨向于恢復(fù)其原始自然記憶形狀或長度。偏壓元件可與與其同軸布置的SMA線圈致動器組合以提供伸縮機(jī)構(gòu)。如上所述，在正常狀態(tài)下，可通過在其近端拉動容易地實現(xiàn)縮回導(dǎo)線或?qū)Ч芑顒舆h(yuǎn)端的精確運(yùn)動，但伸出導(dǎo)線或?qū)Ч芑顒舆h(yuǎn)端的運(yùn)動卻難以精確實現(xiàn)。因此，非常希望能提供一種導(dǎo)線或?qū)Ч?，其中伸出其活動部分的運(yùn)動可精確控制。因此為滿足這種要求，這里的伸縮機(jī)構(gòu)最好構(gòu)造成能夠僅在要求這種動作時才伸出其活動端部，并能夠在動作結(jié)束后允許端部自動恢復(fù)(縮回)。
參見圖13，伸縮機(jī)構(gòu)130利用了SMA制造的線圈致動器14，線圈致動器14布置在襯套彈簧線圈6內(nèi)部并與其同軸固定。這里，這樣固定后，SMA線圈致動器14軸向收縮變形，其線圈長度與其原始自然非變形記憶狀態(tài)相比稍稍減少。這里仍利用不導(dǎo)電粘合劑17在選擇的部位將SMA制造的伸縮線圈致動器14固定在襯套彈簧線圈6上。SMA線圈致動器14的相對端部用不導(dǎo)電粘合劑17固定在固定管112和112上的襯套彈簧線圈6的相對端部上。這樣，在其它方面，SMA制造的伸縮線圈致動器14在構(gòu)造上與SMA制造的扭轉(zhuǎn)線圈致動器12相同，只是在固定到襯套彈簧線圈6上時，前者是收縮的，而后者是扭轉(zhuǎn)的。
在上述這種構(gòu)造的用于活動導(dǎo)線或?qū)Ч艿纳炜s機(jī)構(gòu)130中，如果通電加熱，則SMA線圈致動器14會變形，即伸展以恢復(fù)其自然記憶狀態(tài)，并能夠如圖1到3和14中箭頭所示，精確伸展導(dǎo)線的活動端部。切斷加熱電流后，襯套彈簧線圈6作為偏壓彈簧，使SMA線圈致動器14恢復(fù)其初始長度。
從而，即使在如圖14中所示的中間可能有循環(huán)或復(fù)雜的行程或范圍血管122中，如上所述構(gòu)造和工作的活動導(dǎo)線或?qū)Ч芤材軌蚓_定位其活動端部。
下面解釋剛度控制機(jī)構(gòu)。
圖15A和15B詳細(xì)表示了剛度控制機(jī)構(gòu)，其中圖15A表示SMA線圈致動器處于其自然形狀記憶狀態(tài)，圖15B表示的是剛度控制機(jī)構(gòu)的外觀。
參見圖15A和15B，以參考號碼150表示的剛度控制機(jī)構(gòu)利用了SMA制造的剛度控制線圈致動器16，該致動器16布置在襯套線圈6內(nèi)部并與其同軸固定。從而，SMA制造的剛度控制線圈致動器16是以其自然記憶狀態(tài)被固定的。在選擇的部位用不導(dǎo)電粘合劑17將SMA制造的線圈致動器16固定在襯套線圈6上。SMA線圈致動器16的相對端部用不導(dǎo)電粘合劑17固定在固定管112和112上的襯套線圈6的相對端部上。在這些和其它方面，除了固定在襯套線圈6上時沒有變形而是保持其自然形狀記憶狀態(tài)外，SMA制造的剛度控制線圈致動器16在構(gòu)造上與SMA制造的扭轉(zhuǎn)線圈致動器12和SMA制造的伸縮線圈致動器14是相同的。
在如上所述的剛度控制機(jī)構(gòu)150中，例如，如在圖16A中所示位于血管122中的SMA線圈致動器16，從而導(dǎo)線或?qū)Ч艿幕顒佣瞬?，如果通電加熱就會增加其自身的彈簧常?shù)(剛度)，從而變得更剛硬。如圖16B中所示，當(dāng)沒有電流通過SMA線圈致動器16時，在外力作用下，SMA線圈致動器更軟，更易彎曲。
因此，通過改變通過SMA線圈致動器16的電流強(qiáng)度，就能夠改變和調(diào)整導(dǎo)線或?qū)Ч芑顒硬糠值膭偠群蛷椥浴?br> 盡管在外力作用下SMA材料本身是可彎曲的，但結(jié)合為上述活動細(xì)長管一部分的剛度控制機(jī)構(gòu)提供了從主體外部調(diào)整位于主體，例如人體內(nèi)的其活動遠(yuǎn)端的剛度的能力。
現(xiàn)在解釋裝配扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)和剛度控制機(jī)構(gòu)的過程。這里要裝配的機(jī)構(gòu)中的每一個都是外構(gòu)架(外骨架)結(jié)構(gòu)的，其中襯套線圈布置為外構(gòu)架。裝配或制造這些機(jī)構(gòu)的過程的區(qū)別在于，如果固定到襯套線圈上，SMA線圈致動器是具有其自然形狀記憶狀態(tài)，還是需要變形，即扭曲(扭轉(zhuǎn)變形)或收縮(縱向變形)。
作為示例，下面描述的是裝配活動導(dǎo)線用的扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的過程。
圖17A-17E和18F-18G表示的是裝配外構(gòu)架型活動導(dǎo)線過程的步驟。應(yīng)該注意到，這些圖中的每一個在其右側(cè)都表示了正在裝配的管形物的圖解橫截面視圖。
首先，如圖17A中所示，固定管112插入到或安裝到硅橡膠做的裝配管171上，支撐件78和78從管171的相對末端插入到管171上。對于中空活動導(dǎo)線，硅做的裝配管171用于組成內(nèi)管。如果活動導(dǎo)線應(yīng)具有對中用的連接線，則用柔軟可彎曲的金屬絲代替硅做的裝配管171。
如圖17B中所示，首先，例如，所示為三個，裝配金屬桿173用不導(dǎo)電的粘合劑17固定在支撐件或保持件78和78上，然后如圖17C中所示，用SMA線圈致動器176將其覆蓋。
在這些過程步驟中使用的支撐件或保持件78和金屬桿173可用，例如，如圖19A和19B中所示的裝配模具代替。圖19中所示的裝配模具為管形，其橫截面為圓形或三角形，具有三個側(cè)面的凹口或凹槽。這種模具能使SMA致動器線圈定位容易。使用具有側(cè)面凹口或凹槽的管形模具還可防止粘合劑粘到模具結(jié)構(gòu)上。作為其材料，如果碰巧要接觸，則特氟隆(Teflon)適合防止粘合劑粘附，并且易于加工成細(xì)長體。
下面，第二，如圖17D中所示，例如，三個裝配金屬桿175用不導(dǎo)電的粘合劑17固定到保持元件上的第一裝配金屬桿上，如圖17E中所示，導(dǎo)線113和113與SMA線圈致動器176的相對端部電連接。然后，用襯套線圈6覆蓋SMA線圈致動器，并在合適的部位用不導(dǎo)電的粘合劑17將SMA線圈致動器固定到襯套線圈6上。如果襯套線圈用于在電路中接地，則SMA線圈致動器的一端和襯套線圈的一端相互電連接。
然后，如圖17F中所示，用，例如，釔鋁石榴石激光(YAGlaser)切掉第一金屬桿173和第二金屬桿175中每一個的相對端部。然后，拉出剩下的第一和第二金屬桿，去掉硅橡膠做的裝配管和支撐件78之一以留下如圖17G中所示的組件，用外管覆蓋該組件以完成過程。
上述過程是作為裝配單個SMA線圈和襯套線圈單元來描述的，可同樣適用于裝配連接起來的多個這種單元。
可留下來構(gòu)成連接的支撐件可由圓形的電極連接器構(gòu)成。有利的是把機(jī)構(gòu)裝配成單個單元。
利用電極連接器允許將機(jī)構(gòu)制造成模塊化單元，其中每一個單元可容易地與其它的連接或脫開。
因此，如在手術(shù)室中希望的那樣，準(zhǔn)備分別具有其自身的機(jī)構(gòu)例如用于彎曲、扭轉(zhuǎn)和伸縮的機(jī)構(gòu)，并且具有其它功能例如帶有超聲波傳感器或化學(xué)傳感器，的模塊化單元為操作者舉例說提供了選擇必要的模塊并將其組裝以準(zhǔn)備多功能導(dǎo)管或類似物的能力。
下面將解釋利用金屬電鍍或樹脂電沉積技術(shù)的裝配過程。這種過程步驟需要使用更細(xì)，例如，外徑為1.3毫米的SMA線圈致動器。
該裝配過程是利用金屬電鍍或樹脂電沉積進(jìn)行固定。其可替代前面描述的固定粘合劑過程步驟，并可與前面提及的其它過程步驟組合，
下面該裝配過程是以制造前面所述的彎曲機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行說明的。用松松地卷繞的彈簧代替彎曲機(jī)構(gòu)中的緊密壓縮的線圈彈簧可使該過程步驟適用于扭轉(zhuǎn)和伸縮機(jī)構(gòu)。
圖20A和20B所示分別為電鍍前和電鍍后的裝配活動細(xì)長管過程的主要階段，其中SMA線圈致動器和襯套線圈不僅機(jī)械固定，而且電連接在一起。
首先，利用，例如釔鋁石榴石激光(YAGlaser)局部燒蝕掉前面涂在每個SMA線圈致動器202和襯套線圈彈簧6上的絕緣層，以在絕緣層上提供非絕緣部分或?qū)щ姴糠?04、208。在最佳的燒蝕條件下，釔鋁石榴石激光(YAGlaser)可允許在小到幾十微米的區(qū)域上燒蝕掉絕緣涂層。
在預(yù)先向每個SMA線圈致動器和襯套線圈彈簧上涂絕緣層時，有利的是利用聚對二甲苯汽相沉積或熱固丙烯酸樹脂或紫外線固化丙烯酸樹脂電沉積。
然后，如圖21A中所示，利用如圖19A中所示的模具這樣布置SMA線圈致動器202和襯套線圈彈簧6，即使得SMA線圈致動器202上的非絕緣部分204與襯套線圈6上的非絕緣部分208相互靠近。襯套線圈6和SMA致動器202浸入在電鍍?nèi)芤?00中并與實質(zhì)上的直流電源201的負(fù)極電連接，電源201的正極與電極203電連接，電極203也浸在電鍍液200中。SMA線圈致動器202和襯套線圈6的保持絕緣的部分分別以206和207表示。
如圖20B中所示，當(dāng)電鍍電流通過電鍍?nèi)芤?00從電極203通到SMA線圈致動器202和襯套線圈6上時，金屬，例如鎳從包含金屬的溶液200電解沉積到SMA線圈致動器202和襯套線圈6上的非絕緣部分或?qū)щ姴糠?04和208上，并在這些部分將SMA線圈致動器202和襯套線圈6接合起來。這樣，在所示的單個部位209，SMA線圈致動器202和襯套線圈6牢固地機(jī)電連接在一起，其中沉積的金屬作為接合物。
圖21A和21B所示分別為電鍍前和電鍍后的裝配活動細(xì)長管過程的主要階段，其中SMA線圈致動器、襯套線圈和導(dǎo)線通過電鍍既機(jī)械固定又電連接。
如圖21A中所示，如果要將SMA線圈致動器202、襯套線圈6和導(dǎo)線210連接在一起，就局部去掉導(dǎo)線210上的絕緣層以在其上提供一非絕緣部分或?qū)щ姴糠?13。導(dǎo)線210、SMA線圈致動器202和襯套線圈6浸入在電鍍槽200中，并且布置為使得非絕緣部分213、204和208相互靠近。
如圖21B中所示，當(dāng)從電源201供應(yīng)的電鍍電流從電極203通到電鍍?nèi)芤?00通道SMA線圈致動器202、襯套線圈6和導(dǎo)線210時，金屬209例如鎳就從溶液200中電解沉積到非絕緣部分204、208和213上，以用金屬209將這些部分接合起來，從而在所示單個部位將SMA線圈致動器202、襯套線圈6和導(dǎo)線210既電連接又機(jī)械固定。
圖22A和22B表示的是裝配活動細(xì)長管過程的主要階段，即分別為電沉積前和電沉積后的階段，其中襯套線圈和SMA線圈致動器通過絕緣樹脂電沉積固定在一起。
該過程可代替圖17和18中所示的裝配過程，在圖17和18所示的裝配過程中襯套線圈和SMA線圈致動器是通過不導(dǎo)電的粘合劑固定在一起的。
在該過程中，用水代替前面過程中的電鍍?nèi)芤?，其中水中分散有?xì)小的樹脂顆粒。當(dāng)電勢通過液體200’中的電極203和非絕緣部分204和208作用時，水中帶正電的這種樹脂顆粒在液體200’中遷移并電泳沉積到如上所述地布置的SMA線圈致動器202和襯套線圈6的非絕緣部分204和208上，以用絕緣材料將這些部分接合起來，從而在所示單個位置將SMA致動器和襯套線圈局部固定。
如果，例如，導(dǎo)線要與襯套線圈絕緣地電連接，則可使金屬從電鍍?nèi)芤褐谐练e到導(dǎo)線和SMA致動器的非絕緣部分上，然后如上所述，將絕緣材料電泳沉積到導(dǎo)線和襯套線圈上。
利用這種電鍍和電沉積裝配過程消除了對使用一種或多種粘合劑的需要，并可能消除在與使用一種或多種粘合劑相關(guān)的裝配操作中對手工操作的需要和不精確性。
這種過程還允許在多個部位燒蝕掉絕緣層以提供多個非絕緣部分，并用金屬或樹脂在這些導(dǎo)電部分電沉積，從而改善了活動細(xì)長管的生產(chǎn)率，減少了其制造成本。
下面將詳細(xì)解釋通過電沉積金屬或樹脂制造扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的過程。
圖23A到23G和24A到24H表示的是通過利用金屬或樹脂電沉積裝配細(xì)長管的主要過程步驟。
如圖23A中所示，為利用金屬或樹脂電沉積制備扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，例如，三個金屬桿221穿過可熱收縮的管222。
然后，在如圖23B中所示的步驟中，將可熱收縮的管222加熱，如圖23C中所示，將熱固導(dǎo)電粘合劑223涂在金屬桿221的端部并在那里熱固化。然后，在圖23D中所示的步驟，去掉可熱收縮的管222，絕緣層電沉積在整個表面上并硬化。
然后，在圖23E中所示的步驟，金屬絲卷繞在裝配模具上，該金屬絲上面具有預(yù)先形成的絕緣涂層，用于構(gòu)成SMA線圈致動器。然后，安裝硅橡膠制造的管226(圖23F)，安裝另一個硅橡膠制造的管226和襯套線圈6(圖23G)。
然后，如圖24A中所示，移動襯套線圈6并用釔鋁石榴石激光(YAGlaser)局部燒蝕掉SMA致動器202上的絕緣層，以在絕緣層上提供非絕緣部分。
然后，在圖24B中所示的步驟，就在鎳電沉積之前，在稀釋的氟酸溶液中處理SMA線圈致動器202以去掉上面的自然氧化層。在這樣處理的SMA線圈致動器上進(jìn)行鎳電鍍以在其前面形成的非絕緣部分上提供電接頭225。
然后，在如圖24C中所示的步驟，丙烯酸樹脂227電沉積到電接頭225和襯套線圈6的整個表面上。
然后，在如圖24D中所示的步驟，通過真空干燥使丙烯酸樹脂227干燥(脫水)。利用紫外線照射使干燥后的丙烯酸涂層聚合并硬化。
在如圖24E中所示的步驟，去掉裝配金屬桿221。
然后，在如圖24F中所示的步驟，用釔鋁石榴石激光(YAGlaser)局部燒蝕掉SMA致動器202和襯套線圈6上的絕緣層，以在上面提供非絕緣部分。
然后，在如圖24G中所示的步驟，就在鎳電鍍之前，將SMA線圈致動器浸入到稀釋的氟酸溶液中以去掉其上面的自然氧化層202，然后用鎳229電鍍。
然后，在如圖24H中所示的步驟，切掉相對端部以留下一定長度，利用樹脂電沉積將SMA線圈致動器202和襯套線圈固定在一起。
在上述過程中，使用的SMA線圈致動器預(yù)先沉積有丙烯酸樹脂。為產(chǎn)生這種預(yù)先沉積，將與電極連接的SMA線圈致動器浸入在沉積液體介質(zhì)中，如圖25A中所示。
而且，如果在圖24B和24C所示的步驟中，SMA線圈致動器具有金屬電沉積并且襯套線圈具有樹脂電沉積，則在這些步驟中，SMA線圈致動器和襯套線圈如圖25B和25C中所示分別連接在電極上。
如果在這里提供的活動細(xì)長管生產(chǎn)過程中采用這種金屬電鍍或樹脂沉積過程，則可消除對使用多種粘合劑的需要，并能夠在多個部位同時連接SMA線圈和襯套線圈，消除了與用粘合劑進(jìn)行裝配相關(guān)的不確定性，消除了對手工操作的需要。
而且，使每個連接區(qū)域更小的能力允許使活動導(dǎo)線的直徑小到0.5毫米或更小，在這樣的小直徑情況下是無法用粘合劑進(jìn)行裝配的。
下面將解釋本發(fā)明的第六種實施例。
圖26為表示第六種實施例的透視圖，該實施例允許許多可彎曲的線路結(jié)合在管形結(jié)構(gòu)如活動導(dǎo)管中。
參見圖26，螺旋形板235放在由硅橡膠組成的薄外管4和內(nèi)管(未示出)之間以構(gòu)成管形物，在螺旋形板235中聚合平金屬絲彈簧結(jié)構(gòu)組成布線板。該管形物一端備有，例如，傳感器，如電掃描管內(nèi)超聲內(nèi)窺鏡。螺旋形板具有許多如圖所示地布置和連接的金屬布線233(相互平行)。
這種構(gòu)造允許許多可彎曲的布置結(jié)合在一個管形結(jié)構(gòu)中。而且，應(yīng)力不會集中在任何單個布線上，并允許單個金屬絲本身可做得更細(xì)。
而且，為螺旋板采用由絕緣層和金屬模制造的多層構(gòu)造所提供的布線具有與屏蔽導(dǎo)線和同軸電纜等效的性能。
圖27為一部分透視圖，其示意性地表示了用于襯套線圈彈簧的螺旋板。
使用螺旋板235并將其適當(dāng)?shù)毓潭ㄔ赟MA線圈致動器237上提供了活動細(xì)長管，如活動導(dǎo)管或?qū)Ь€，其中所述螺旋板235本身的功能是用作提供襯套線圈的構(gòu)架結(jié)構(gòu)的扁平金屬絲彈簧。
這種實施例形式允許將最可能寬的工作通道固定在細(xì)長管中，同時保持其可彎曲性。
螺旋板可布置在一對硅橡膠做的薄管之間以提供骨架結(jié)構(gòu)如襯套線圈。然后，扁平金屬絲彈簧結(jié)構(gòu)的SMA線圈致動器可布置在骨架形的外管內(nèi)。
而且，加熱器可布置在帶有絕緣涂層的扁平金屬絲彈簧結(jié)構(gòu)的SMA線圈致動器表面上，以直接加熱SMA線圈致動器。而且，帶有絕緣涂層的扁平金屬絲彈簧結(jié)構(gòu)的SMA線圈致動器備有電路布線或傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的活動細(xì)長管的各種實施例提供的優(yōu)點(diǎn)除其他外特別包括簡單的結(jié)構(gòu)，具有多種功能的能力，即提供扭轉(zhuǎn)、伸縮和/或剛度控制功能和使細(xì)長管易于減小直徑的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明某種實施例的附加優(yōu)點(diǎn)是允許結(jié)合許多可彎曲布置的結(jié)構(gòu)特征。這些和其它優(yōu)點(diǎn)使活動細(xì)長管可實施為相當(dāng)有用的活動導(dǎo)管或?qū)Ь€，任何其它醫(yī)用或非醫(yī)用微型機(jī)械或系統(tǒng)或系統(tǒng)的活動微型部件。
而且，以所述各種方式實施的制造根據(jù)本發(fā)明的活動細(xì)長管的方法提供的優(yōu)點(diǎn)除其他外特別包括，允許精確有效地制造外構(gòu)架型活動細(xì)長管。如果包括金屬電鍍或樹脂電沉積過程，則該方法提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即允許在許多部位連接或固定活動細(xì)長管的主要部件。
而且，根據(jù)本發(fā)明具有外構(gòu)架構(gòu)造的活動細(xì)長管允許作為散熱元件的SMA線圈致動器布置在構(gòu)架部件內(nèi)，這能更有利地將活動細(xì)長管的表面溫度限定在低于需要的或希望的某一溫度，例如如果實施為醫(yī)用導(dǎo)管或?qū)Ь€，則應(yīng)低于41℃，41℃是其在人體中使用所允許的最高溫度。
盡管通過優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行的描述，但應(yīng)該理解，這種公開僅僅是描述性的，而不應(yīng)解釋成限制性的。從而，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，通過閱讀前面的公開內(nèi)容，該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無疑會想出本發(fā)明的各種變化、變型和/或替代應(yīng)用。從而，下面的權(quán)利要求應(yīng)解釋為包括符合本發(fā)明真正精神和范圍的所有變化、變型或替代應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種備有扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的活動細(xì)長管。
2.一種備有伸縮機(jī)構(gòu)的活動細(xì)長管，其中該機(jī)構(gòu)包括一可彈性變形的外構(gòu)架和一伸縮致動器，該伸縮致動器布置在所述外構(gòu)架內(nèi)并與外構(gòu)架同軸固定，所述伸縮致動器是用形狀記憶合金(SMA)制造的并固定在所述可彈性變形的外構(gòu)架上，當(dāng)變形時，其長度與所述SMA制造的致動器在自然形狀記憶狀態(tài)的長度不同。
3.一種備有剛度控制機(jī)構(gòu)的活動細(xì)長管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求2和權(quán)利要求3中所述的活動細(xì)長管，其特征在于，所述活動細(xì)長管還備有彎曲機(jī)構(gòu)，該彎曲機(jī)構(gòu)包括可彈性變形的外構(gòu)架和布置在所述外構(gòu)架內(nèi)部的彎曲致動器，所述彎曲致動器是用形狀記憶合金(SMA)制造的。
5.一種包括一彎曲機(jī)構(gòu)、一扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、一伸縮機(jī)構(gòu)和一剛度控制機(jī)構(gòu)的活動細(xì)長管，其具有可彈性變形的外構(gòu)架。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5中所述的活動細(xì)長管，其特征在于，所述彎曲機(jī)構(gòu)用的所述可彈性變形的外構(gòu)架包括扁平金屬絲或金屬絲型襯套線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求5中所述的活動細(xì)長管，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括一可彈性變形的外構(gòu)架和一扭轉(zhuǎn)致動器，該扭轉(zhuǎn)致動器布置在所述外構(gòu)架內(nèi)部并與該外構(gòu)架同軸固定，所述扭轉(zhuǎn)致動器是用形狀記憶合金(SMA)制造的并固定在所述可彈性變形的外構(gòu)架上，當(dāng)變形時，其直徑從所述SMA制造的致動器在自然形狀記憶狀態(tài)的直徑扭轉(zhuǎn)變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求5中所述的活動細(xì)長管，其特征在于，所述剛度控制機(jī)構(gòu)包括一可彈性變形的外構(gòu)架和一剛度控制致動器，該剛度控制致動器布置在所述可彈性變形的外構(gòu)架內(nèi)部并與該外構(gòu)架同軸固定，所述剛度控制致動器用形狀記憶合金(SMA)制造的，并以所述SMA制造的致動器在其自然形狀記憶狀態(tài)的長度固定在所述可彈性變形的外構(gòu)架上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述活動細(xì)長管，其特征在于，每個所述彎曲機(jī)構(gòu)、所述扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、所述伸縮機(jī)構(gòu)和所述剛度控制機(jī)構(gòu)都在其相對端部分別配備有電極連接器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5和權(quán)利要求7至9中任一項所述活動細(xì)長管，其特征在于，所述可彈性變形的外構(gòu)架包括其中結(jié)合有許多布線的螺旋板，螺旋板或者是塑料制造的扁平金屬絲彈簧結(jié)構(gòu)或者是涂有絕緣材料的超彈性合金制造的扁平金屬絲彈簧結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述活動細(xì)長管，其特征在于，所述SMA制造的致動器具有扁平金屬絲彈簧結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中所述活動細(xì)長管，其特征在于，所述帶有扁平彈簧金屬絲結(jié)構(gòu)的SMA制造的致動器備有加熱器。
13.一種制造活動細(xì)長管的方法，包括如下步驟準(zhǔn)備用形狀記憶合金(SMA)制造的致動器并至少構(gòu)成管形體的一個部分；將可彈性變形的外構(gòu)架布置在所述SMA制造的致動器外部并與其同軸；將所述SMA制造的致動器與所述外構(gòu)架固定在一起。
14.根據(jù)權(quán)利要求13中所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，所述布置步驟包括用所述SMA制造的致動器包覆桿的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13中所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，所述布置步驟包括將桿布置在所述SMA制造的致動器上并用所述外構(gòu)架包覆所述桿的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求13中所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，所述布置步驟包括用所述SMA制造的致動器包覆三角形橫截面的管形模具的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，所述布置步驟包括將至少一個導(dǎo)線與所述SMA制造的致動器電連接的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，所述固定步驟包括用粘合劑將所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架粘接在一起的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，所述布置步驟包括在所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架的相應(yīng)區(qū)域上形成非絕緣部分的步驟，所述固定步驟包括使電流通過位于電鍍液中的所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架，以使金屬從所述液體中沉積到所述非絕緣部分上，從而在所述相應(yīng)區(qū)域?qū)⑺鯯MA制造的致動器和所述外構(gòu)架電連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，所述布置步驟包括在所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架的相應(yīng)區(qū)域上形成非絕緣部分并將導(dǎo)線布置在所述非絕緣部分附近的步驟，所述固定步驟包括使電流通過位于電鍍液中的所述導(dǎo)線、所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架，以使金屬從所述液體中沉積到所述導(dǎo)線和所述非絕緣部分上，從而在所述相應(yīng)區(qū)域?qū)⑺鯯MA制造的致動器和所述外構(gòu)架電連接。
21.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，所述布置步驟包括在所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架的相應(yīng)區(qū)域上形成非絕緣部分的步驟，所述固定步驟包括使電流通過位于包含絕緣樹脂的液體中的所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架，以使所述絕緣樹脂從所述液體電沉積到所述非絕緣部分上，從而在所述相應(yīng)區(qū)域?qū)⑺鯯MA制造的致動器和所述外構(gòu)架連接起來。
22.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，所述布置步驟包括在所述SMA制造的致動器上形成非絕緣部分并電鍍所述非絕緣部分以在上面形成電接頭的步驟，所述固定步驟包括使電流通過位于包含絕緣樹脂的液體中的所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架，以使所述絕緣樹脂從所述液體電沉積到所述電接頭和整個所述外構(gòu)架上，從而將所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架連接起來。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或權(quán)利要求23中所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，還包括另外的步驟，即在所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架上形成非絕緣部分，使電流通過位于電鍍液中的所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架，以使金屬從所述液體中沉積到所述非絕緣部分上，從而將所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架連接起來。
24.根據(jù)權(quán)利要求13和19至23中任一項所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，還包括另外的步驟，即就在沉積金屬和/或絕緣樹脂之前，分別去掉所述SMA制造的致動器和所述外構(gòu)架上的自然氧化層。
25.根據(jù)權(quán)利要求13至23中任一項所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，還包括另外的步驟，即通過真空干燥進(jìn)行干燥。
26.根據(jù)權(quán)利要求13至23中任一項所述的制造活動細(xì)長管的方法，其特征在于，在所述布置步驟中，所述SMA制造的致動器布置為可彈性變形。
全文摘要
一種可實施為導(dǎo)管、導(dǎo)線或任何其它醫(yī)用或非醫(yī)用微型機(jī)械或系統(tǒng)或系統(tǒng)的活動微型部件的活動細(xì)長管,其具有簡單的結(jié)構(gòu)和能夠具有多種功能的能力,該結(jié)構(gòu)使得易于減少活動細(xì)長管的直徑。細(xì)長管在其“J”形活動遠(yuǎn)端備有彎曲、扭轉(zhuǎn)、伸縮和/或剛度控制機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)適合精確地彎曲、扭轉(zhuǎn)、伸縮活動遠(yuǎn)端并調(diào)整活動遠(yuǎn)端的剛度。
文檔編號B81B3/00GK1258826SQ9912673
公開日2000年7月5日 申請日期1999年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月14日
發(fā)明者江刺正喜, 芳賀洋一 申請人:江刺正喜, 芳賀洋一