説明

複合構造物を製造するための方法

二次元配置から複合構造物を製造するための方法であって、(a)支持板の表面内に形成された所定の型取られたくぼみを有する支持板を得るステップと、(b)個々の可撓性相互接続部の第1の連続物をくぼみ内に被着させるステップであって、可撓性相互接続部が共有平面内で互いに平行に並べられ支持板によって支持されるステップと、(c)接着手段を用いて、少なくとも1つの剛性部材を第1の連続物の可撓性相互接続部のそれぞれに接着させるステップと、(d)接着手段を用いて、複数の機構を形成するために個々の可撓性相互接続部の第2の連続物を剛性部材に接着させるステップであって、可撓性相互接続部の第2の連続物のそれぞれが、第1の連続物の隣接する可撓性相互接続部の2つの剛性部材に接着され、第2の連続物の可撓性相互接続部が、第1の連続物の可撓性相互接続部に対して垂直に形成されるステップと、(e)組み立てられた層状構造物を形成するために接着手段を硬化させるステップと、(f)層状構造物を支持板から取り外すステップと、(g)層状構造物をそれ自体上で体系的に折り畳み、機構の少なくとも一部が長手方向中心軸の周りで区分化された方法で支持されるようにするステップとを含む、方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願
本出願は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる2007年5月7日出願の米国特許仮出願第60/928,149号、表題「Method for Manufacturing a Complex Structure」の利益を主張する。
【0002】
本発明は、一般に、ロボット装置または医療装置などの複合構造物に関し、より詳細には複合構造物を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【0003】
高アスペクト比構造物またはガイドワイヤなどの複合構造物が、医療分野、産業分野、および他の分野において1つまたは複数の目的のための管腔または導管または他の類似の管構造物への挿入のために長い間使用されてきた。たとえば、医療分野では、内視鏡は、患者の体内を視覚化するための医療器具である。内視鏡は、大腸内視鏡検査法、気管支鏡検査法、胸腔鏡検査法、腹腔鏡検査法、およびビデオ内視鏡検査法を含む、さまざまな診断法および介入法に対して使用され得る。医療目的以外の用途におけるガイドワイヤの使用法は、1つまたは複数の目的のために、工具などの物体をチューブ、管または他の類似の導管内で点検、補修、位置決めする、あるいは別の形でチューブ、管または他の類似の導管内への、またそこを貫通する進行を容易にすることが望ましい任意の用途を含む。
【0004】
知られているように、撓みに対する耐性は比較的低いが比較的高い捩じれ強さを有するガイドワイヤが、最も望ましい。別の言い方をすれば、ガイドワイヤの特定の部分またはすべてが、横方向の可撓性の特性ならびに押し出し性(pushability)(押し出す能力)およびトルク性(十分な捩じれまたは回転剛性でガイドワイヤにトルクを与えるまたはこれを捩じる能力)の特性を有することが望まれることが多い。ガイドワイヤが生体構造物内に進められるにつれて、一般的な数多くの回転および付随する表面接触から生じる内部の摩擦抵抗が、ガイドワイヤを回転させる能力およびガイドワイヤを管腔空間内でさらに進める能力を弱めていく。さらにこれは、より困難な長期化する処置に至り、あるいはより深刻になると、標的場所における所望の生体構造物へのアクセスに失敗し、したがって間違った処置に至ることがある。
【0005】
高い可撓性を備えたガイドワイヤは、この内部抵抗によって生成される問題を克服するのを助ける。しかし、ガイドワイヤがさらに良好なトルク特性(捩じり剛性)を有さない場合、ユーザは、ガイドワイヤの遠位の先端を回転させてその前進を要求通りに誘導するために近位端を捩じることができなくなる。実際に、ガイドワイヤは、その用途によっては、近位端を軸方向に回転させることによってその遠位の先端部分を正しい血管枝内に導くことを可能にするために、その長さにわたって適切な捩じり強さを有することが要求されることがある。ガイドワイヤ、特に遠位の端部は、血管網の急な湾曲に適合することができるように十分に可撓性であることが要求されることがある。さらに、圧縮強さを備えたガイドワイヤが必要とされることがあり、この場合、この圧縮強さは、ガイドワイヤを血管網内に潰れることなく押し入れるのに適したものである。
【0006】
他の複合構造物は、ヘビの移動を模倣することができる蛇行性またはヘビ型ロボットなどの超冗長ロボット構造物を含む。そのようなロボット装置は、管、階段、瓦礫の垂直な山などを含む複雑な三次元空間をうまく通り抜けるためなど、さまざまな機能を実行するように構成され得る。これらのロボット装置は、一般的に、複数の作動する結合された区分を備え、これらの区分は、複数のサーボ弁または他の類似の弁を介してさまざまな自由度において互いに対して移動可能である。さらに、これらのロボット装置には、カメラ、センサ、およびその意図された用途に応じた他の技術などのさまざまな装置が装備され得る。
【0007】
小型の三次元複合構造物を製作または製造する現在の方法は、一度にその構造物の1つの区分を組み立てることを要求する。また、1つまたは複数の区分内に組み込まれるいずれの構成要素またはシステムも、その区分が組み合わされているときにそれ上に組み付けられねばならない。この基本的な方法は、電力および電気信号を搬送する能力を複合構造物に与えるためにさまざまな電気接続が組み込まれることが望まれる場合はさらにいっそう複雑化される。そのような製造方法は、複合構造物の大量生産化に向いておらず、したがって各構造物のコストおよび生産時間を増大させる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0008】
従来技術における固有の問題および欠点に鑑みて、本明細書で具現化され広範に説明された本発明によれば、本発明は、二次元配置から複合構造物を製造するための方法を特徴付け、本方法は、(a)支持板の表面内に形成された所定の型取られたくぼみを有する支持板を得るステップと、(b)個々の可撓性相互接続部の第1の連続物をくぼみ内に被着させるステップであって、可撓性相互接続部が共有平面内で互いに平行に並べられ支持板によって支持されるステップと、(c)たとえば接着手段を用いて、少なくとも1つの剛性部材を第1の連続物の可撓性相互接続部のそれぞれに接着させるステップと、(d)たとえば接着手段を用いて、複数の機構を形成するために個々の可撓性相互接続部の第2の連続物を剛性部材に接着させるステップであって、可撓性相互接続部の第2の連続物のそれぞれが、第1の連続物の隣接する可撓性相互接続部の2つの剛性部材に接着され、第2の連続物の可撓性相互接続部が、第1の連続物の可撓性相互接続部に対して垂直に形成されるステップと、(e)組み立てられた層状構造物を形成するために接着手段を硬化させるステップと、(f)層状構造物を支持板から取り外すステップと、(g)層状構造物をそれ自体上で体系的に折り畳み、機構の少なくとも一部が長手方向中心軸の周りで区分化された方法で支持されるようにするステップとを含む。
【0009】
1つの例示的な実施形態では、可撓性材料は、金属化ポリイミド薄膜、すなわちカプトンでよく、これにより、剛性部材を電気的に相互接続させることができると共に、複合構造物が1つまたは複数の目的のためにコンピュータあるいは他の電子装置またはシステムなどの電子的情報源と電気的に通信することが可能になる。
【0010】
剛性部材それら自体は、複合構造物を形成するために使用される二次元配置内に組み込まれ得る1つまたは複数のオンボードシステムを備えることができる。1つの例示的な実施形態では、オンボードシステムは、剛性部材が知的動作機構として機能できるようにし得る。剛性部材は、電気回路およびデータ処理/格納構成要素をそれ上に備えたコンピュータチップまたはシリコン基板を備えることができる。この場合、それぞれの剛性部材は、さまざまな機構を相互接続する金属化ポリイミド薄膜材料を介して一緒にネットワーク化または多重化されてよい。節点または出力機構もまた、さまざまな機構間で使用されてよく、この節点もまた金属化ポリイミド薄膜の相互接続部を介してさまざまな機構と電気的に通信することができる。
【0011】
別の例示的な実施形態では、オンボードシステムは、剛性部材が機械または流体または電気機械の動作機構として機能できるようにし得る。たとえば、剛性部材は、作動装置および作動装置と動作可能な弁を支持することができ、これらの作動装置および弁は、長手方向中心軸に平行に走る油圧バスと流体連通することができる。
【0012】
本質的には、本発明は、最終的に複合構造物を形成するために使用される層状の二次元配置内に組み込まれるあらゆる構成要素またはオンボードシステムを企図する。
【0013】
本発明はまた、上記で概要が述べられたものに類似の複合構造物を製造するための方法も特徴付け、可撓性材料が、複数の個々の片ではなく一体型の設計を含むだけである。この実施形態では、剛性部材が長手方向中心軸の周りで支持され、それに固定される前またはそのときに可撓性材料の一部を除去するために、切り取るまたは切削する追加のステップが必要になることがある。
【0014】
本発明は、さらに、二次元配置から形成された複合構造物を特徴付け、この場合、複合構造物は、(a)長手方向中心軸と、(b)長手方向中心軸の周りに位置し、それ上に支持された複数の機構と、(c)機構のそれぞれの間を延びる可撓性相互接続部とを備え、可撓性相互接続部は、機構を動作可能に相互接続するように構成され、機構は、二次元配置内で可撓性相互接続部を複数の剛性部材に接着させ、次いで取り付けられた後、剛性部材および可撓性相互接続部を互いの周りで折り畳みながら、これらを長手方向中心軸に通すことによって形成される。
【0015】
本発明は、添付の図と併用されて以下の説明および添付の特許請求の範囲からさらに十分に明確になるであろう。これらの図は、単に本発明の例示的な実施形態を示すにすぎないことを理解することにより、本発明の範囲の限定として考慮されないものとする。本明細書の図において全体が説明され示された本発明の構成要素は、多種多様な異なる形状で配列および設計され得ることが容易に理解されるであろう。それにもかかわらず、本発明は、添付の図を使用することによってさらなる特有性および詳細を有して記載および説明される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の1つの例示的な実施形態による、二次元配置から複合構造物を製造する方法の流れ図である。
【図2】可撓性相互接続部の第1の連続物を所定の配列に受け入れることができる、中に形成された窪んだ模様型を有する支持板の透視図である。
【図3】図3−Aは所定の配列に可撓性相互接続部を覆って被着させた複数の剛性部材を有する図2の支持板の斜視図である。図3−Bは可撓性相互接続部を覆って被着させたときの図3−Aに示される単一の剛性部材の詳細図である。
【図4】剛性部材を覆って所定の配列に被着させた可撓性相互接続部の第2の連続物を有する図2の支持板の斜視図であり、硬化させるとすぐに組立体が複数の機構を形成する。
【図5】それ自体の周りで折り畳まれ、長手方向中心軸に通されたときの得られた層状の二次元組立体を示す図であり、こうして三次元複合構造物が形成される。
【図6】任意の機構上に存在する任意のオンボードシステムの作動を確認するために複数の電気タップを所定の位置に有する図5の複合構造物を示す図である。
【図7】複数の機構および節点を備え、すべてが電気的に相互接続され、すべてがアドレス化され、一緒に多重化された、コンピュータに動作可能に結合された状態の1つの例示的な実施形態による複合構造物の区分のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、本発明の一部を形成し、本発明が実施され得る例示的な実施形態の実例として示される添付の図を参照する。これらの例示的な実施形態は、当業者が本発明を実施できるほど十分に詳細に説明されるが、他の実施形態が実現化され得ること、および本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明にさまざまな変更が加えられ得ることが理解されるべきである。したがって、図1から7に表される本発明の実施形態のより詳細な説明は、特許請求されるように本発明の範囲を限定することが意図されるのではなく、限定ではなく例示的目的のためだけに本発明の特徴および特性を説明し、本発明の作動の最良の形態を記載し、当業者が本発明を十分に実施できるように提示される。したがって、本発明の範囲は、付属の特許請求の範囲によってのみ定義されるものとする。
【0018】
本発明の以下の詳細な説明および例示的な実施形態は、本発明の要素および特徴がその全体を通して番号によって示される添付の図を参照することによって最良に理解されるであろう。
【0019】
一般的に言えば、本発明は、二次元配置を用いて三次元複合構造物を製造するための方法を説明し、この場合複合構造物は、知能および/または作動または電気機械の機構などの、好ましくは区分化された複数の動作機構を備える。従来の関連する製造方法とは異なり、本発明の方法は、機械的および電気的相互接続部などの複合構造物の組み立てのすべてを少数のステップだけで達成し、その後複合構造物が形成される。したがって、本発明は、複合構造物の大量製作に特に良好に向いている。
【0020】
本発明の方法は、さまざまな異なるタイプの複合構造物を製造するために使用され得る。たとえば、複合構造物の1つの一般的なタイプは、ロボット装置、医療装置、およびその他の装置などのさまざまな電気機械構造物を含むことができる。1つの特定の例示的な実施形態では、複合的な電気機械構造物は、さまざまな用途および医療産業またはロボット産業などのさまざまな産業で使用されるように構成された電気機械ガイドワイヤを含むことができ、この場合電気機械ガイドワイヤは、さまざまな知的機能(たとえばデータ処理、信号受信、信号送信、感知など)、機械的機能(たとえば作動、移動)、弁調整またはその他の機能を実行することができる1つまたは複数のオンボードシステムを有する複数の動作機構を備える。この特定の用途または実施形態は、本明細書において詳細に記載され論じられるが、そのような構造物は、決して限定として理解されるべきではない。実際には、当業者が認識するように、さまざまな異なるタイプの複合構造物が、本明細書において説明され提示されるような製造方法を用いて形成され得る。
【0021】
前もって言うと、本明細書で使用される用語「機構」は、それに接続された少なくとも1つの可撓性相互接続部を有する剛性または半剛性部材を意味すると理解されるものとする。本発明による複合構造物は、通常、複数の機構を備えることになり、その一部は、支持機構、動作機構、またはその両方であり得る。
【0022】
本明細書で使用される用語「動作機構」は、1つまたは複数のオンボードシステムを備えて構成される、または1つまたは複数のオンボードシステムをその上で支持する剛性部材を意味すると理解されるものとする。動作機構は、知的動作機構、電気動作機構、機械動作機構、作動動作機構、情報収集動作機構、弁調整および圧送動作機構、電気機械動作機構、およびその他の機構を含むことができる。オンボードシステムは、電気回路、回路基板、作動装置、弁、センサ、送信機、カメラ、移動装置、またはシステムあるいはこれらの任意の組合せを含むことができる。当業者なら他のものも認識するであろう。
【0023】
本明細書で使用される用語「知的」または「知能」は、1つまたは複数のデータ処理機能を実行することができる、本発明のこれらのオンボード特徴または構成要素を説明すると理解されるものとする。これは、電気信号を受信、処理、送信、および格納する能力を含むことができる。
【0024】
本発明は、複合構造物を製造または製作する従来の関連する方法に比べていくつかの有意な利点をもたらし、その一部は、ここで以下のより詳細な説明を通して記載される。本明細書において記載される利点のそれぞれは、添付の図を参照して説明される詳細な説明に鑑みて明確になるであろう。これらの利点は、決して限定していることが意味されるものではない。実際には、当業者は、本発明を実施する際、本明細書に詳細に記載されたもの以外の他の利点が実現化され得ることを理解するであろう。
【0025】
図1を参照すれば、本発明の1つの例示的な実施形態による、複合構造物を製造または製作するための方法を示すブロック図が示される。図示されるように、本方法は、次のステップを含む。ステップ14は、支持板の表面内に形成された所定の型取られたくぼみを有する支持板を得るステップを含む。ステップ18は、個々の可撓性相互接続部の第1の連続物をくぼみ内に被着させるステップであって、可撓性相互接続部が、共有平面内に互いに平行に並べられ支持板によって支持されるステップを含む。ステップ22は、接着手段を用いて、少なくとも1つの剛性部材を第1の連続物の可撓性相互接続部のそれぞれに接着させるステップを含む。ステップ26は、接着手段を用いて、複数の機構を形成するために個々の可撓性相互接続部の第2の連続物を剛性部材に接着させるステップであって、可撓性相互接続部の第2の連続物のそれぞれが、第1の連続物の隣接する可撓性相互接続部の2つの剛性部材に接着され、第2の連続物の可撓性相互接続部が、第1の連続物の可撓性相互接続部に対して垂直に形成されるステップを含む。ステップ30は、組み立てられた層状構造物を形成するために接着手段を硬化させるステップを含む。ステップ34は、層状構造物を支持板から取り外し、層状構造物をそれ自体上で体系的に折り畳み、機構の少なくとも一部が長手方向中心軸の周りで区分化された方法で支持されるようにするステップを含む。代替の実施形態では、剛性部材の両側の可撓性相互接続部は、複数の個々の片ではなく単条の材料を含むことができる。
【0026】
図2〜6は、複合構造物の特有の例示的なタイプの製造に適用された上記に記載されたステップを示す。より詳細には、図1〜6は、上記に記載されたステップによる区分化された複合構造物の製造に関与するさまざまな構成要素および要素を示しており、この場合複合構造物は、1つまたは複数の機械的機能、電気的機能、電気機械的機能、またはその他の機能を実行することができる複数のオンボードシステムを支持する能力を備えて構成された複数の動作機構を有するガイドワイヤの形態である。図2を詳細に参照すれば、上面44と、上面44内に形成された窪んだ部分48とを有する支持板40が示される。支持板40は、複合構造物を構成するために使用されるさまざまな構成要素を二次元的に配置するための模様型52を有するテンプレートとして効果的に機能する。窪んだ部分48は、所望の模様型52と共形である、またはそれを含む。支持板40内に形成された窪んだ部分48および模様型52は、さらに、境界を与えることにより、構成要素が配置されるときにそれらのそれぞれを適正に並べるように機能する。図示されるように、模様型52の境界56は、窪んだ部分48の縁を備える。別の例示的な実施形態では、境界は、支持板40の表面44の上方を延びる積層(build−up)によってもたらされてよく、この場合複合構造物の構成要素は、窪んだ部分内ではなく表面44上に置かれる。
【0027】
特定の模様型52のサイズおよび外形は、生産されることが望まれる複合構造物のタイプまたは構成によってさまざまであり得る。図示される例示的な実施形態では、模様型は、円形の端部を備えた複数の類似のサイズの矩形の形状の区分が互いに重なり合うように配列された、階段のような構成を含む。当業者によって認識されるように、支持板40内には他の模様型が形成されてよいことが明らかである。さらに、支持板40は、連続的な複合構造物または複合構造物のさまざまな区分を形成するために使用され得る。図示される実施形態では、ガイドワイヤの高アスペクト比に鑑みれば、支持板40は、図示されるように、そのサイズが小さいことおよび比較的少数の構成要素だけを支持板40の周りに配置することができることにより、複合的なガイドワイヤ構造物のさまざまな区分を形成するのに最も使用されやすいものである。当然ながら、支持板40は、よりいっそう大きな複合構造物または区分の形成を容易にすることができるより大きなサイズを含むことができる。
【0028】
窪んだ部分48は、さまざまなサイズの構成要素の配置を収容および支持するように構成され得る。1つの態様では、窪んだ部分48は、形成される複合構造物に応じて任意の深さ(または代替的に任意の積層は任意の高さを含むことができる)または可変深さ(または代替的に可変積層高さ)を含むことができる。たとえば、くぼみ48は、機械作動装置または他のシステムまたは装置などの1つまたは複数のオンボード構成要素を有する複合構造物を収容および支持するのに必要とされ得る深さとは対照的に、オンボードシステムを有さない単一のガイドワイヤ構造物を構成するのに使用されるこれらの構成要素を収容および支持するのにそれほどの深さは要求され得ない。
【0029】
支持板40は、製造プロセス中さまざまな複合構造物構成要素を所定の位置に支持することができる任意の金属または非金属材料を含むことができる。そして、上記で示されたように、支持板40は、任意のサイズおよび外形形状を含むように構成されてよい。
【0030】
複合的なガイドワイヤ構造物を形成する際、個々の可撓性相互接続部の第1の連続物またはセット70は、くぼみ48内の共有平面内に配置される。言い換えれば、可撓性相互接続部70は、二次元配置内で使用可能であるように構成される。各可撓性相互接続部70は、さらに、これもまた二次元配置内で使用可能であるように構成されたすべての他の構成要素を受け入れるための基礎を提供するように構成される。可撓性相互接続部70は、複合的なガイドワイヤ構造物の1つまたは複数の剛性部材または機構を動作可能に相互接続するように機能する。剛性部材または機構の間の相互接続は、複数の機能をもたらすことができる。たとえば相互接続部は、機械的支持をもたらすように構成されてよく、あるいは相互接続部は、使用される材料の構成または形状、またはその両方に応じて電気的相互接続要素を含むように構成されてもよい。いずれの場合も、剛性部材間の相互接続部70は、ガイドワイヤ構造物の使用中、区分および機構のさまざまな動きおよび機能を容易にするために可撓性であることが意図される。たとえば、剛性部材または機構が捩じる、曲がる、延びる、圧縮するまたは互いに対して別の形で動くことができるように複合的なガイドワイヤ構造物を構成することが望まれ得る。相互接続部70は、可撓性であることにより、機能性を犠牲にすることなく剛性部材と共に同様に動くことができる。これは、可撓性相互接続部70が電流または信号を搬送するように作動するときに特に有利である。したがって、本発明は、可能性のあるさまざまな相互接続部の組合せを企図する。
【0031】
可撓性相互接続部70のそれぞれは、形成される特定の複合構造物に応じて所定の二次元サイズおよび形状を含む。したがって、支持板40内に形成された模様型52は、可撓性相互接続部70を収容するまたは受け入れる、二次元形態の対応するサイズおよび形状を含む。言い換えれば、可撓性相互接続部70のそれぞれは、製造中それらが支持板40の模様型52内に適正に支持されることを可能にする二次元のサイズおよび形状を含む。例示的な実施形態に沿えば、可撓性相互接続部70のそれぞれは、第1の表面74と、第2の表面(図示されず)と、その目的または機能が以下で詳細に論じられる細溝または溝が付けられた部分82と、周囲86とを備えた二次元形態を含む。さらに、可撓性相互接続部70のそれぞれは、円形の端部を備えた矩形の形状を含み、このときこの形状は、可撓性相互接続部が、形成されたときに三次元複合構造物内で所望の構成になることを可能にする。
【0032】
この特定の二次元配置に示されるように、可撓性相互接続部の第1の連続物70はすべて、それらが同じ向きで互いに対して平行に配向されるように配置される。それぞれの可撓性相互接続部70は、他方から所定の距離だけ横方向にずらされる。それぞれの相互接続部70はまた、他方から所定の距離の縦方向の長さだけ(この距離は相互接続部の長さのほぼ半分として示される)ずらされる。したがって、さまざまな相互接続部70は、互いに対して階段のように(模様型52によって決定されるように)位置決めされる。模様型52内に形成された窪んだ部分48は、可撓性相互接続部70がその中で入れ子になることを可能にするように構成される。上記で示されたように、支持板40は、それが可撓性相互接続部70を適正な向きに支持することができる限りどのような構成にもなることができる。
【0033】
可撓性相互接続部70は、プラスチック、ポリマー、形状記憶合金およびポリイミド薄膜などの撓むことができる任意の適切な材料を含むことができる。図示される実施形態では、可撓性相互接続部70のそれぞれは、当技術分野で一般的に知られている金属化ポリイミド材料の薄層片を含む。金属化ポリイミド薄膜の各片は、隣接する区分または機構および1つまたは複数の電子オンボード構成要素(たとえばデータまたは信号処理システム)などの複合的なガイドワイヤ構造物を構成する他の構成要素に金属化ポリイミド薄膜を電気的に接続するように構成された複数の電気連結装置90を備える。金属化ポリイミド薄膜は、電流または信号を複合構造物の長さに沿って区分から区分へ、または機構から機構へと搬送することを容易にし、この電気信号は、複合的なガイドワイヤ構造物のさまざまな区分または機構上に位置付けられたオンボードシステムの特定の構成要素に電力を与えるなど、さまざまな目的のために使用され得る。さらに所望であれば、電気的相互交信をもたらすことにより、複合的なガイドワイヤ構造物のさまざまな剛性部材または機構あるいは個々の機構が、一緒にアドレス化されネットワーク化されてよい。加えて、複合的なガイドワイヤ構造物は、多重化されてよく、それによって任意の数の機構が互いにおよび/またはコンピュータなどのさまざまな入力および出力装置と共に通信することが可能になる。アドレス化、ネットワーク化、および多重化の概念は、以下でより詳細に論じられる。
【0034】
上述されたように、別の例示的な実施形態では、可撓性の相互接続部は、個々の可撓性相互接続部片に類似する方法で模様型52内に嵌合されるように寸法設定および成形された、単条の金属化ポリイミド薄膜などの単条の材料を含むことができる。同じことは、以下で論じられる剛性部材の両側の可撓性相互接続部に対しても言える。単条の可撓性相互接続部もまた、長手方向中心軸を収容するための必要な細溝または開口ならびに望まれる任意の電気連結装置、導管などを含むことになる。
【0035】
図3−Aおよび3−Bを参照すれば、支持板40の上面44の窪んだ部分48内に配設され、可撓性相互接続部70のそれぞれの端部を覆って位置決めされたまたは並べられた複数の剛性部材102が示される。剛性部材102は、第1の表面106と、第2の表面(図示されず)と、第2の表面内の中央に形成された開口114と、円を画定する周囲118とを有する円形ディスクからなる。
【0036】
可撓性相互接続部70を覆って剛性部材102を配設する前に、接着剤またははんだペーストなどの接着手段が、剛性部材102が可撓性相互接続部70に取り付けられる領域、または電気的接続性が要求されるまたは望まれる領域に塗布される。接着手段は、剛性部材102を可撓性相互接続部70に動作可能に取り付けるように、たとえば剛性部材と可撓性相互接続部の電気構成要素(たとえばポリイミド材料内の電気連結装置および/または電気導管)を電気的に接続するように機能する。一部の実施形態では、適切な接着手段が、可撓性相互接続部70内の電気連結装置(図2の電気連結装置90を参照)を剛性部材102に電気的に接続するために使用されてよく、したがって剛性部材102が、剛性部材上で支持された1つまたは複数の電気的導管を通して電流を搬送し、所望であれば1つまたは複数のオンボードシステムを電気的に接続することが可能になる。
【0037】
剛性部材102は、さまざまなタイプの材料、すなわち金属および非金属から選択された材料を含むことができる。1つの例示的な実施形態では、剛性部材102は、電気回路およびデータ処理/格納構成要素をその上に備えたコンピュータチップまたはシリコン基板からなってよく、したがって剛性部材が回路基板などの知的動作機構として機能する能力がもたらされる。別の例示的な実施形態では、剛性部材102は、さらなる支持能力が必要とされる場合に金属からなることができる。実際に、材料のさまざまな組合せもまた企図される。本質的には、剛性部材102は、支持機構として、また適宜、可撓性相互接続部70を介したそれらの相互接続によるものを除く、互いに独立している動作機構(たとえば知的、機械的など)として機能するように構成される。
【0038】
円形以外で、剛性部材102が、形成されている複合構造物の特定の設計に応じて他の形状およびサイズを含むことができることを当業者は認識するであろう。
【0039】
剛性部材102は、好ましくは、少なくとも可撓性相互接続部70の幅と同じ長さである直径を含む。さらに、剛性部材102は、当技術分野で知られている、平面外形の形状および任意の形状からなる群から選択される断面を含むことができる。しかし、他の形状が有用であり得るため、これは限定していることが意図されるものではない。図示される実施形態では、剛性部材102は、可撓性相互接続部70の幅と同じ長さまたはほぼ同じ長さである直径を含む。さらに、可撓性相互接続部70の円形の端部の半径は、剛性部材102の半径と同じまたはほぼ同じであり、したがってその周囲86および118の一部がそれぞれ合致することが可能になる。剛性部材102は、可撓性相互接続部70の端部を覆って、各端部に1つずつ位置決めされ、したがって任意の所与の可撓性相互接続部上の2つの剛性部材102の間に小さな空隙が残され、また細溝82の一部が露出されあるいは覆われないままになる。さらに、可撓性相互接続部上に位置付けられた隣接する剛性部材102もまた、以下で論じられるように、可撓性相互接続部の第2の連続物の細溝の一部を露出させておくために、所与の距離だけ分離される。
【0040】
剛性部材102のすべてが所定の位置に存在し、接着手段が塗布された後、複合構造物を形成するプロセスは、可撓性相互接続部の第2の連続物を第1の連続物および剛性部材を覆って配設し、これらをその適正な位置に並べるまたは位置決めするステップを含む。図4を参照すれば、剛性部材102上に重ねられたときの可撓性相互接続部132の複数の第2の連続物が示される。図示されるように、可撓性相互接続部の第2の連続物132はすべて、それらが互いに対しては同じ方向で平行であるが、可撓性相互接続部の第1の連続物70に対しては垂直にまたは直交して配向されるように配置される。各可撓性相互接続部132は、他方から所定の距離だけ横方向にずらされる。各相互接続部132はまた、他方から所定の距離の縦方向の長さだけ(その距離は可撓性相互接続部の長さのほぼ半分として示される)ずらされる。したがって、可撓性相互接続部のさまざまな第1および第2の連続物70および132は、互いに対して階段のように(模様型52によって決定されたように)位置決めされる。第1の連続物と同様に、模様型52内に形成された窪んだ部分48は、可撓性相互接続部の第2の連続物132を支持し、可撓性相互接続部の第2の連続物132が剛性部材102上に重ねられたときにその中で入れ子になることを可能にするように構成される。
【0041】
可撓性相互接続部の第2の連続物132は、それらが第1の表面136と、第2の表面(図示されず)と、細溝または溝が付けられた部分144と、周囲148とを備えた二次元形態を含むという点において、第1の連続物に類似する。さらに、可撓性相互接続部132のそれぞれは、円形の端部を備えた矩形の形状を含み、このときこの形状は、可撓性相互接続部が、形成されたときに三次元複合構造物において所望の構成になることを可能にする。可撓性相互接続部の第2の連続物132はまた、可撓性相互接続部の第1の連続物上に配設されたものに類似する、またはそのように機能する電気連結装置152を含むこともできる。可撓性相互接続部の第2の連続物132は、可撓性相互接続部の第1の連続物に対して上記で論じられたように任意のサイズ、形状、材料などを含むことができる。
【0042】
可撓性相互接続部の第2の連続物132を配置し、並べるまたは位置決めする前に、接着剤またははんだペーストなどの接着手段が、剛性部材102が可撓性相互接続部132に取り付けられる領域、または電気接続が要求されるまたは望まれる領域に塗布される。接着手段は、上記で論じられたのと同じ方法で、剛性部材102を可撓性相互接続部の第2の連続物132に取り付けるように機能する。したがって、剛性部材102は、それらの可撓性相互接続部の対応する部分と共に、それらの適正な場所に配設され位置して複合構造物を構成する画定された機構となる。
【0043】
さらに、また可撓性相互接続部の第2の連続物132を配置し並べる前に、さまざまなオンボードシステムまたは構成要素または装置が、剛性部材102の1つまたは複数に配置され取り付けられ得る。たとえば、特定の剛性部材または機構がコンピュータチップの形態の知的動作機構などの動作機構として機能することになる場合、すべての必要なデータ処理、データ格納および電気回路はこのときに剛性部材102に装着され得る。他のオンボードシステムは、弁調整システム、マイクロカメラ、作動装置、展開システムなどを含むことができる。たとえば、オンボードシステムは、剛性部材が機械または流体または電気機械の動作機構として機能できるようにし得る。たとえば、剛性部材は、作動装置および作動装置と動作可能な弁を支持することができ、この作動装置および弁は、長手方向中心軸に平行に走る油圧バスと流体連通することができる。本質的には、本発明は、オンボードシステムを機能させ、最終的に複合構造物を形成するために使用される層状の二次元配置内に組み込まれる、任意の構成要素、システムまたは装置を企図する。
【0044】
オンボードシステムは、それらのタイプおよび構成要素に応じて、剛性部材および/または可撓性相互接続部に動作可能に連結または接続される。たとえば、剛性部材が1つまたは複数のデータ処理構成要素を備えて構成されている場合、これらの構成要素は、電気連結装置および導管(たとえばポリイミド薄膜上に存在するものなど)などの可撓性相互接続部内の電気的構成要素に、さらにはデータ処理構成要素の作動に要求される剛性部材上に位置付けられた任意の電気的構成要素にも電気的に接続される。データ処理構成要素は、電気的に接続された後、受け取られた電気信号を受信する、送信する、および/または格納するというそれらの意図された機能を実行することができる。可撓性相互接続部は、複合構造物内において任意の1つの機構から任意の他の機構に、また複合構造物と通信する任意の入力装置(コンピュータなど)から任意の機構に送信される電気信号のための連続導管を提供する。
【0045】
さらに、複合構造物は、機構間に存在する1つまたは複数の節点を備えることができる。例示的な節点は、作動デバイスまたはシステム、カメラ、センサ、送信機などを含む。
【0046】
上記で論じられた構成要素のすべてが適正に位置決めされ互いに取り付けられた後、次いで、接着手段が硬化されて二次元組立体の形成を完了する。1つの例示的な硬化プロセスは、層状の二次元構造物を上板で覆い、これを所定の時間の間所定の温度に晒すステップを含む。接着手段を硬化させるために使用される他の硬化手順が、当業者には明確であろう。
【0047】
図5を参照すれば、接着手段が硬化された後、二次元組立体は、支持板から取り出され、可撓性相互接続部70および132、したがって剛性部材102を互いの周りで体系的に折り畳むことによって長手方向中心軸160に沿って通される。相互接続部を折り畳む際、長手方向中心軸160は、図示されるように、剛性部材132のそれぞれの間で露出されたままの可撓性相互接続部70および132のそれぞれ内の細溝の部分ならびに剛性部材102内に形成された開口を通して挿入される。可撓性相互接続部70および132は、好ましくは、長手方向中心軸の周りで支持されたときに可撓性相互接続部を各対応する剛性部材の内側またはそれらの間に位置付けるように折り畳まれる。このプロセスは、剛性部材102のそれぞれが機構として長手方向中心軸160の周りに位置するまで継続され、このとき可撓性相互接続部は機構の間に伸びている。要求されることではないが、剛性部材102は、所定の位置に置かれた後、任意の知られている取り付け手段を用いてそれらの適切な場所において長手方向中心軸160に取り付けられまたは固定され得る。
【0048】
長手方向中心軸160は、剛性部材102を所定の位置に支持することができる、圧縮部材などの任意の種類の支持部材を含むことができる。好ましくは、長手方向中心軸160はまた、トルク性、押し出し性、および可撓特性を備えた複合構造物を提供することもできる。
【0049】
得られた構造物は、上記で説明された二次元配置から形成された三次元複合構造物10を備える。剛性部材102のそれぞれは、1つまたは複数のタスクを実行することができる機構として機能するまたはこの機構を提供する。実際には、上記で論じられたように、機構は複合構造物の全体的な支持に寄与する単一の支持機構でよく、あるいは機構は動作機構として機能してもよく、この場合1つまたは複数のオンボードシステムは、知的(たとえばデータ処理、信号受信、信号送信、感知など)機能、機械的機能(たとえば作動、移動)、弁調整機能、または当業者によって認識されるいくつかの他の機能を実行するように構成される。有利には、複合構造物の機構は、1つまたは複数の動作可能なオンボードシステムを支持することができると共に、信号、情報、または他の事項を複合構造部内の任意の他の機構、節点、またはコンピュータに、可撓性相互接続部および機構間の得られた電気的相互接続を介して受信および送信することができる。
【0050】
複合構造物はまた、一意的な動きも可能にする。実際、複合構造物は、その意図された機能を実行するために曲がる、トルクを与える、捩じる、延びるなどを行うように構成され得る。本発明の方法を用いて形成され得る1つの例示的な複合構造物は、形態および機能の両方において複合ガイドワイヤに類似し得る。別の例示的なタイプの複合構造物は、蛇行性ロボットを含むことができる。
【0051】
図6を参照すれば、長手方向中心軸160の周りに位置し、複合構造物10上のさまざまな機構間に配設された複数の電気タップ170を備えて形成された三次元複合構造物10が示される。電気タップ170は、さまざまな機構上に存在する任意のオンボードシステムの適正な作動を確認するために使用され得、次いで確認時に遮断され得る。
【0052】
図7は、本発明による1つの例示的な実施形態による、二次元配置から形成された三次元複合構造物の図式表示を示す。詳細には、図7は、複数の機構間のさまざまな相互接続を示す。図示されるように、複合構造物210は、複数の機構、すなわち機構212−a、212−b、212−c、212−d、および212−eを備える。これらの機構212のそれぞれは、互いに、および節点222などの複合構造物内に存在する任意の節点に、電気接続226を介して電気的に相互接続される。したがって、任意の1つの機構212は、任意の他の機構または複合構造物内の任意の他の節点と通信することができる。オンボードシステム218−bおよび218−dとして図7に示される任意のオンボードシステムは、それを支持する機構、この場合は機構212−bおよび212−dにそれぞれ電気的に接続され、したがって任意の機構および関連するオンボードシステムもまた適宜、任意の他の機構および/またはオンボードシステムと通信することが可能になる。上記で示されたように、オンボードシステムを有するどのような機構も何らかの動作機構と考えられ得、したがって図7は、動作機構220−bおよび220−dを示す。図示される電気接続226は、上記で説明された可撓性相互接続部(図示されず)に沿って設けられる。このタイプの相互接続は、当業者によって認識されるように、従来の関連する相互接続よりも有意な利点をもたらす。
【0053】
さらに、これらの機構のそれぞれおよび任意の節点は、識別子またはアドレスS(または節点の場合N)を含むことができ、したがって機構212および節点222のネットワークを備えた複合構造物210が提供される。
【0054】
複合構造物は、さらに、一緒に多重化されることが可能である。実際には、可撓性相互接続部は、さまざまな機構とコンピュータまたは他の入力源の間を走る電気ワイヤの数を有意に低減する能力をもたらす。図示される実施形態では、複合構造物210は、コンピュータ250に接続230を介して電気的に接続される。
【0055】
上記の詳細な説明は、特有の例示的な実施形態を参照して本発明を説明している。しかし、付属の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな改変および変更が加えられ得ることが理解されるであろう。詳細な説明および添付の図は、制限的ではなく単に例示的であるとみなされ、すべてのそのような改変または変更は、もし存在する場合、本明細書に説明され記載された本発明の範囲内に入ることが意図される。
【0056】
より詳細には、本発明の説明のための例示的実施形態が本明細書において説明されてきたが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、上記の詳細な説明に基づいて当業者によって理解されるであろう改変、省略、(たとえばさまざまな実施形態にわたる態様の)組合せ、適合および/または変形を有する任意のすべての実施形態を含む。特許請求の範囲における限定は、特許請求の範囲で使用される言語に基づいて広範に判断され、上記の詳細な説明においてまたは出願の審議中に説明される例に限定されず、これらの例は、非排他的であると解釈されるものとする。たとえば本発明の開示において、用語「好ましくは」は非排他的であり、この場合「好ましいがそれに限定されない」ことを意味することが意図される。任意の方法またはプロセスの請求項に記載されたいずれのステップも、任意の順番で実行されてよく、特許請求項の範囲内で提示された順番には限定されない。ミーンズ・プラス・ファンクションまたはステップ・プラス・ファンクションの限定は、特有の請求項の限定に関して、以下の条件のすべてがその限定内に存在する場合にのみ使用され、これらの条件は、a)「するための手段」または「するためのステップ」が明白に記載されること、およびb)対応する機能が明白に記載されることである。ミーンズ・プラス・ファンクションを支持する構造物、材料または作動は、本明細書の説明において明白に記載される。したがって本発明の範囲は、上記で与えられた説明および例によるものではなく、付属の特許請求の範囲およびそれらの法的等価物によってのみ決定されるべきである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
細長い複合構造物を二次元配置から製造するための方法であって、
支持板の表面内に形成された所定の型取られたくぼみを有する前記支持板を得るステップと、
個々の可撓性相互接続部の第1の連続物を前記くぼみ内に被着させるステップであって、前記可撓性相互接続部が、所定の構成を有し、前記支持板によって支持されたときに共有平面内で互いに平行に並べられるステップと、
少なくとも1つの剛性部材を前記第1の連続物の前記可撓性相互接続部のそれぞれに接着させるステップと、
複数の機構の配列を形成するために個々の可撓性相互接続部の第2の連続物を前記剛性部材に接着させるステップであって、可撓性相互接続部の前記第2の連続物のそれぞれが、前記第1の連続物の隣接する可撓性相互接続部の2つの剛性部材に接着されるステップと、
前記配列を前記支持板から取り外すステップと、
前記配列をそれ自体上で体系的に折り畳み、前記複合構造物を形成するために前記機構の少なくとも一部が長手方向中心軸の周りで支持されるようにするステップとを含む方法。
【請求項2】
可撓性相互接続部の前記第2の連続物を接着させる前に、オンボードシステムを備えた前記剛性部材の1つまたは複数を構成するステップをさらに含み、前記機構が動作機構になる、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記動作機構が、知的動作機構、電気動作機構、機械動作機構、作動動作機構、情報収集動作機構、弁調整動作機構、圧送動作機構および電気機械動作機構からなる群から選択される、請求項2に記載の方法。
【請求項4】
前記オンボードシステムを前記可撓性相互接続部の電気構成要素に電気的に動作可能に接続するステップをさらに含む、請求項2に記載の方法。
【請求項5】
取り外し可能な方法で、1つまたは複数の電気タップを前記長手方向中心軸上で前記剛性部材の間に被着させるステップをさらに含み、前記タップが、前記剛性部材の任意のオンボードシステムの適正な作動を確認するように構成される、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
組み立てられた層状の二次元構造物を形成するために前記接着手段を硬化させるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
節点を前記第1の連続物の前記可撓性相互接続部の1つに接着させるステップをさらに含み、前記節点機能部材が、出力機能をもたらし、隣接する機構間に配設されるように構成される、請求項1に記載の方法。
【請求項8】
前記支持板の前記くぼみが、階段のような模様型を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項9】
前記可撓性相互接続部が、プラスチック、ポリマー、形状記憶合金および金属化ポリイミド薄膜からなる群から選択された材料を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項10】
前記剛性部材と、前記剛性部材に取り付けられた前記可撓性材料との間に電気接続を形成するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項11】
ネットワーク化のために前記機構のそれぞれおよび前記複合構造物の任意の節点をアドレス化するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項12】
前記機構と任意の周辺システムの間の通信を簡易化するために前記複合構造物を多重化するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項13】
前記可撓性相互接続部および前記剛性部材のそれぞれが、前記長手方向中心軸上に前記剛性部材を被着させることを容易にするために互いに少なくとも部分的に並べられた前記可撓性相互接続部および前記剛性部材内に形成された開口を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項14】
可撓性相互接続部の前記第2の連続物が、互いに平行に、可撓性相互接続部の前記第1の連続物に対して垂直に並べられる、請求項1に記載の方法。
【請求項15】
接着させる前記ステップが、前記剛性部材が前記可撓性相互接続部に取り付けられる場所、あるいは電気的接続性が要求される場所に接着手段を塗布するステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項16】
前記接着手段が、接着剤およびはんだ材料からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項17】
前記剛性部材が、金属からなる、請求項1に記載の方法。
【請求項18】
前記剛性部材が、シリコーンからなり、前記剛性部材が、1つまたは複数の知的機能を容易にするためにコンピュータチップとして機能する、請求項17に記載の方法。
【請求項19】
前記硬化させるステップが、
前記層状構造物を上板で覆うステップと、
前記層状構造物を所定の温度に所定の時間の間晒すステップとを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項20】
前記折り畳むステップが、前記第1および第2の連続物それぞれからの前記可撓性相互接続部のそれぞれが前記可撓性相互接続部上で折り畳まれるようにし、したがって前記長手方向中心軸の周りで支持されたときに隣接する剛性部材間にそれぞれを位置付けるステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項21】
前記複合構造物が、複合的な電気機械構造物として形成される、請求項1に記載の方法。
【請求項22】
固定され区分化された構成を維持するために、前記剛性部材を前記長手方向中心軸に固定するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項23】
前記長手方向中心軸が、可撓圧縮部材を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項24】
二次元配置から複合構造物を製造するための方法であって、
支持板の表面内に形成された所定の型取られたくぼみを有する前記支持板を得るステップと、
可撓性相互接続部の第1の1片を前記くぼみ内に被着させるステップであって、前記可撓性相互接続部が、前記型取られたくぼみの構成に相当する所定の構成を備えるステップと、
所定の配列に位置決めされた複数の剛性部材を前記可撓性相互接続部に接着させるステップと、
可撓性相互接続部の第2の1片を前記剛性部材に接着させるステップであって、可撓性相互接続部の前記第2の1片が、可撓性相互接続部の前記第1の1片の構成に相当する所定の構成を備え、前記剛性部材ならびに前記第1および第2の可撓性相互接続部が、複数の機構を画定するために取り付けられるステップと、
組み立てられた層状構造物を形成するために前記接着手段を硬化させるステップと、
前記層状構造物を前記支持板から取り外すステップと、
前記層状構造物をそれ自体上で体系的に折り畳み、前記複合構造物を形成するために前記機構のそれぞれが長手方向中心軸の周りで支持されるようにするステップとを含む方法。
【請求項25】
二次元配置から形成された複合構造物であって、
長手方向中心軸と、
前記長手方向中心軸の周りに位置し、前記長手方向中心軸上で支持される複数の機構と、
前記機構のそれぞれの間を延びる可撓性相互接続部であって、前記機構を動作可能に相互接続するように構成された可撓性相互接続部とを備え、
前記機構が、二次元配置内で前記可撓性相互接続部を複数の剛性部材に接着させ、取り付け後、前記剛性部材および前記可撓性相互接続部を互いの周りで折り畳み、前記剛性部材および前記相互接続部を前記長手方向中心軸に通すことによって形成される、複合構造物。
【請求項26】
前記機構の少なくとも1つの上に動作可能に構成されたオンボードシステムをさらに備え、前記機構が、動作機構として機能する、請求項25に記載の複合構造物。
【請求項27】
隣接する機構の間に位置する節点をさらに備え、前記節点が、前記可撓性相互接続部に動作可能に取り付けられる、請求項25に記載の複合構造物。
【請求項28】
前記機構のそれぞれおよび任意の節点が、ネットワーク化のためにアドレス化される、請求項25に記載の複合構造物。
【請求項29】
前記機構および前記可撓性相互接続部が、一緒に多重化される、請求項25に記載の複合構造物。

【図1】
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【図2】
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【図3−A.3−B】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公表番号】特表2010−526590(P2010−526590A)
【公表日】平成22年8月5日(2010.8.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−507628(P2010−507628)
【出願日】平成20年5月7日(2008.5.7)
【国際出願番号】PCT/US2008/062945
【国際公開番号】WO2008/137953
【国際公開日】平成20年11月13日(2008.11.13)
【出願人】(508177024)レイセオン・サルコス・エルエルシー (22)
【Fターム(参考)】