新技術説明会　様式例

低侵襲性を重視し

細く長く大出力密度で伸縮する圧力駆動

マイクロマシン

立命館大学 理工学部 機械工学科

教授 小西 聡

伸縮動作用マイクロマシン技術の紹介

⇒低侵襲性が重要な内視鏡等のワイヤー駆動系への応用を想定

・薄膜構造を多関節化して柔軟で細長い構造を実現

・二種類の圧力駆動技術を提案：

小型ピストン ／ 伸縮バルーン ⇒ 高出力密度の実現

低侵襲性を重視し

細く長く大出力密度で伸縮する圧力駆動

マイクロマシン

従来技術とその課題

屈曲 駆動力 操作部 作用部 駆動力 ＜内視鏡イメージ＞ 屈曲

高剛性操作ワイヤ

複数の高剛性操作ワイヤ

従来技術とその課題

低侵襲医療機器である内視鏡では、手元操作部から先

端作用部までつながるワイヤーによる駆動が主流であるが、

剛性を有する操作ワイヤによる柔軟性の低下

の課題がある。設計自由度に関する制約となり、複雑

な動作と柔軟性の両立が課題である。

新技術の特徴・従来技術との比較

• 従来技術のワイヤー駆動に代わる駆動機構を実現

• 従来は手元操作部から先端作用部までつながったワイ

ヤーによる高い剛性が課題となり、柔軟性と自由度の両

立が難しかったが、

• ⇒先端部（局所）に配置可能な小型圧力駆動マイ

クロマシン

の実現で、課題の解決かつ新展開が可能

• 本技術の適用により、全長に渡っていたワイヤーを

流路

チューブと局所ワイヤーの組み合わせ

に置き換え、柔軟

で複雑な動作の設計が可能となると期待

新技術の特徴と要求仕様（内視鏡想定）

• 要求仕様 と 新技術の特徴

・小型 ⇒ マイクロマシン技術による薄膜構造の実現

・高出力 ⇒ 圧力駆動は力密度が大きい

・安全 ⇒ 医療分野で魅力的な圧力駆動（圧縮性）

・直線動作 ⇒

【その１】従来のピストンアクチュエータの超小型（薄型）化

【その２】バルーンアクチュエータによる伸縮動作の実現

⇒局所に配置可能な小型圧力駆動マイクロマシンの実現

新技術の特徴と要求仕様（内視鏡想定）

• 要求仕様 と 新技術の特徴

・小型 ⇒ マイクロマシン技術による薄膜構造の実現

・高出力 ⇒ 圧力駆動は力密度が大きい

・安全 ⇒ 医療分野で魅力的な圧力駆動（圧縮性）

・直線動作 ⇒

【その１】従来のピストンアクチュエータの超小型（薄型）化

【その２】バルーンアクチュエータによる伸縮動作の実現

⇒局所に配置可能な小型圧力駆動マイクロマシンの実現

新技術の詳細 その１

（小型ピストン）

⇒先端部（局所）に配置可能な小型圧力駆動マイクロマシン 薄型ピストンシリンダアクチュエータ 薄型ピストン 多関節 内視鏡の節 屈曲 サイズ 29mm × 12mm × 1.2 mm ピストン断面 5 mm× 0.25 mm 出力 12mm（変位）, ~100mN~（力）

剛性を有する操作ワイヤの影響を削減し、柔軟性を向上

薄型ピストン

新技術の詳細 その１

（小型ピストン）

⇒先端部（局所）に配置可能な小型圧力駆動マイクロマシン 小型（薄型）ピストンシリンダアクチュエータ カバー ピストン ケース 圧力供給孔 ガイドレール

P1 > Patm

Patm

P1

駆動原理

構造

新技術の詳細 その１

（小型ピストン）

⇒先端部（局所）に配置可能な小型圧力駆動マイクロマシン 小型（薄型）ピストンシリンダアクチュエータ

新技術の特徴と要求仕様（内視鏡想定）

• 要求仕様 と 新技術の特徴

・小型 ⇒ マイクロマシン技術による薄膜構造の実現

・高出力 ⇒ 圧力駆動は力密度が大きい

・安全 ⇒ 医療分野で魅力的な圧力駆動（圧縮性）

・直線動作 ⇒

【その１】従来のピストンアクチュエータの超小型（薄型）化

【その２】バルーンアクチュエータによる伸縮動作の実現

⇒局所に配置可能な小型圧力駆動マイクロマシンの実現

新技術の詳細 その２

（伸縮バルーン）

収 縮 非伸縮 柔軟フィルム マイクロバルーン 膨張 加 圧 2 mm 2 mm 収 縮 マイクロバルーン 加 圧 ⇒先端部（局所）に配置可能な小型圧力駆動マイクロマシン バルーンの膨張動作を直線方向の動作として出力する変換機構 サイズ例 6mm×6mm×0.4 mm 発生力 1.5Ｎ（100kPa加圧時)

新技術の詳細 その２

（伸縮バルーン）

⇒先端部（局所）に配置可能な小型圧力駆動マイクロマシン 伸縮バルーンを連結してストローク性能を上げることも可能 連結伸縮バルーン構成（4連） 20 mm 5 mm

新技術の詳細 その２

（伸縮バルーン）

⇒先端部（局所）に配置可能な小型圧力駆動マイクロマシン バルーンの膨張動作を直線方向の動作として出力する変換機構

伸縮バルーンの連結構成 伸縮バルーンによる鉗子駆動による生体組織の把持

想定される用途

・内視鏡用駆動機構

・ロボット用人工筋肉

想定される用途

• 本技術は、

内視鏡等

の狭窄空間やアクセススペースが限

られた空間に導入（挿入）する機器に適用することで、

薄型、小型

の構成のメリットが最も活かせると考えられる。

• 上記以外に、

圧力駆動による安全性や高出力密度

の

効果が得られることも期待される。

• また、従来の

ピストンシリンダの応用分野

や

ロボットの人

工筋肉部用途

に展開することも可能と思われる。

・内視鏡用駆動機構 ・ロボット用人工筋肉 ・電気系統利用が困難な環境でのアクチュエータ応用

実用化に向けた課題

• 現在、

小型ピストンタイプ、伸縮バルーンタイプ

両者を

試作、さらに内視鏡様構造の駆動が可能なところまで評

価済み。今後、

具体的な実用化仕様の評価

が重要。

• 今後、具体的な適用対象を絞り、対象駆動構造に提

案するマイクロマシンを

組み込んだ際の評価データをもと

に、応用展開を図る

。

• 実用化に向けて、下記技術向上を図っている：

・小型ピストンタイプ：シーリング性能の向上

企業への期待

• 本技術（小型ピストン、伸縮バルーン）の具体的な応

用を持つ企業との共同研究を希望。

• 例えば、低侵襲（医療）機器関連の企業、圧力駆動機器関連の企業、 ロボット（ＦＡ、アミューズメント）関連の企業の皆さんには、本技術に関す る情報交換、共同研究の相談を期待している。

• 提案技術の実用化に向けた生産技術（材料、実装）

に関する共同研究開発。

• 例えば、小型ピストンのシーリング技術やバルーン材料の共同研究開発。

本技術に関する知的財産権

その１（小型ピストン）

• 発明の名称 ：

長尺ツール及びファイバスコープ

• 出願番号 ：特願

2012-083981

• 出願人

：立命館大学

• 発明者

：小西 聡

本発明は、動作可能である可動部及びこの可動部を動作させる駆動

機構部を備えた長尺ツールに関するものであり、特に、先部側が可動

部であり湾曲動作するファイバスコープに関する。

本技術に関する知的財産権

その２（伸縮バルーン）

• 発明の名称 ：

直線駆動装置及び長尺ツール

• 出願番号 ：特願

2013-001906

• 出願人

：立命館大学

• 発明者

：小西 聡

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。

産学連携の経歴（事例）

• 2000年-2001年（独）NEDO即効型産業技術研究助成事業（研究代表） • 2004年-2005年（独）NEDO 産業技術研究助成事業（研究代表） • 2004年-2005年（独）NEDO ｢次世代ロボット実用化プロジェクト｣ プロトタイプ開発支援事業（研究代表） • 2007年-2008年（独）科学技術振興機構 産学共同シーズイノベーション化事業，顕在化ステージ（研究リーダー） • 2007年-2009年 文科省 都市エリア産学官連携促進事業（研究副統括） • 2009年-2012年 文科省 地域イノベーション戦略支援プログラム （グローバル型）（研究副統括） • 2012年- 経産省 課題解決型医療機器等開発事業（副総括） ※この他、JST ASTEP事業、企業との共同／受託研究を代表として複数実施。

お問い合わせ先

立命館大学

研究部リサーチオフィス（BKC) 國友 美信

ＴＥＬ ０７７－５６１ － ２８０２

ＦＡＸ ０７７－５６１ － ２８１１

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