形状記憶合金アクチュエータの開発

材料特性の計測と能動内視鏡の開発

抄録

今日, 医療や工業の分野で内視鏡 (エンドスコープ) は必要不可欠なものとなっている.しかし侵入径路が狭隘で複雑な場合, 現在の内視鏡では挿入が非常に困難であり, 特に大腸鏡などでは挿入に際し被験者に大きな苦痛を強いることとなり問題となっている.これは内視鏡全体の剛性が大きいことや, 能動部があっても先端に限られ, かつ自由度も小さいことなどに起因している.本研究の目的は, これらの問題を解決するため形状記憶合金アクチュエータを用いて, 全体幹を能動的に操作可能な内視鏡を実現することにある.そのため, まず初めに従来不十分であったアクチュエータとしてのSMA特性を明確化するため, SMAコイルばね試料を用いて, 温度, 応力, ひずみと電気抵抗の4変数の同時計測を行なう.次に測定結果についての新しい特性表現法の導入と, 温度―応力相図の作成により, 相変態の観点からSMAをアクチュエータに用いる場合の最適な使用条件, および熱処理条件を明確にする.この解析手法を用いて, 抵抗値フィードバック特性の向上を図り, また温度不均一による疲労問題の解決も行なう.最後にここで得られたSMAの知見を基に, 諸特性を最適化した能動内視鏡の第2次モデルを試作し, 安定な抵抗値フィードバックの下で, 十分な操作性を持つシフト制御が行なえることを検証し, 実用的な能動内視鏡の実現可能性を示す.