(57)【要約】【課題】緊急停止に関する動作を速やかに行い、かつ、意図しない動作を抑制するとともに、医用機器としての利用を容易にすることができる医用機器を提供する。【解決手段】内部空間を一方及び他方の空間３３ａ，３３ｂに区画された気体圧アクチュエータ３０と、一方及び他方の空間３３ａ，３３ｂとの間で気体の流入流出が可能に接続された一方及び他方の流路２３ａ，２３ｂと、外部から一方及び他方の空間３３ａ，３３ｂへ供給される気体の流通および遮断を制御する閉塞弁２３と、一方及び他方の流路２３ａ，２３ｂの外側へ気体の排気および遮断を制御する一方及び他方の排気弁２６ａ，２６ｂと、一方及び他方の排気弁２６ａ，２６ｂから排気される気体の流路断面積を変更可能とする絞り弁２８と、が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図４
2020128762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成されたシリンダ、および、前記シリンダの軸線方向に相対移動可能に配置されるとともに前記シリンダの内部空間を一方および他方の空間に区画するピストンを有する気体圧アクチュエータと、
前記一方の空間との間で気体の流入および流出が可能に接続された一方の流路と、
前記他方の空間との間で前記気体の流入および流出が可能に接続された他方の流路と、
前記一方の流路に設けられ、外部から前記一方の空間へ供給される前記気体の流通および遮断を制御する一方の閉塞弁と、
前記他方の流路に設けられ、外部から前記他方の空間へ供給される前記気体の流通及び遮断を制御する他方の閉塞弁と、
前記一方の流路における前記シリンダおよび前記一方の閉塞弁との間から、前記一方の流路の外側へ前記気体の排気および遮断を制御する一方の排気弁と、
前記他方の流路における前記シリンダおよび前記他方の閉塞弁との間から、前記他方の流路の外側へ前記気体の排気および遮断を制御する他方の排気弁と、
前記一方の排気弁および前記他方の排気弁から排気される前記気体の流路断面積を変更可能とする絞り弁と、
が設けられていることを特徴とする医用機器。
【請求項２】
前記一方の閉塞弁および前記他方の閉塞弁は、一体に形成された閉塞弁であり、
前記一方の排気弁および前記他方の排気弁から排気される前記気体は、同一の前記絞り弁に導かれ、
前記一方の排気弁と前記絞り弁との間、および、前記他方の排気弁と前記絞り弁との間には、前記絞り弁に向かう前記気体の流れを許容する逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の医用機器。
【請求項３】
前記一方の閉塞弁および前記一方の排気弁は、一体に形成された一方の弁装置であり、
前記他方の閉塞弁および前記他方の排気弁は、一体に形成された他方の弁装置であり、
前記一方の排気弁から排気される前記気体は、一方の絞り弁に導かれ、
前記他方の排気弁から排気される前記気体は、他方の絞り弁に導かれることを特徴とする請求項１記載の医用機器。
【請求項４】
前記一方の閉塞弁および前記他方の閉塞弁は、一体に形成された閉塞弁であり、
前記一方の排気弁から排気される前記気体は、一方の絞り弁に導かれ、
前記他方の排気弁から排気される前記気体は、他方の絞り弁に導かれることを特徴とする請求項１記載の医用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体の圧力により駆動されるアクチュエータによって動きが制御される医用機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医用ロボット等の医用機器により支援された手術が普及しつつある。この医用機器には、動きを制御する種々のアクチュエータが設けられている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【０００３】
特許文献１には、振動波を発生させる振動体と、振動体に対向して配置され振動波を受けて移動する移動体と、振動体および移動体の接触圧を制御する加圧手段などから構成されたアクチュエータが開示されている。特許文献１に記載されているアクチュエータは、振動体および移動体の接触圧を制御することにより、振動体および移動体の組み合わせにより発生する駆動力を制御している。
【０００４】
特許文献２には、送気・送水装置と、送気・送水チャンネルと、ノーマルオープンの電磁弁などから構成された構成が開示されている。特許文献２に記載されている構成は、電磁弁を閉じて送気・送水チャンネルにエアーを供給することにより、送気・送水チャンネル内の圧力を高められる。これにより、例えば湾曲していた送気・送水チャンネルの形状をストレートに変形させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−００３７３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−０３５５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
その一方で、手術支援に用いられる医用機器の場合、何らかの事情により医療機器の動作を停止させる緊急停止が可能であることが求められている。緊急停止を実現する方法として、電磁石を利用したブレーキ（以下「電磁ブレーキ」とも表記する。）を用いた方法が一般的に知られている。
【０００７】
つまり、医用機器の可動部分などに電磁ブレーキを配置し、電磁ブレーキへの電力供給を制御することにより可動部分の動きが規制され、医用機器の緊急停止が実現される。
【０００８】
しかしながら、医用機器に電磁ブレーキを配置する場合、電磁石やブレーキパッドといった重い部品を配置することになり、医用機器の重量が重くなるという問題があった。
【０００９】
また、医用機器に新たに電磁ブレーキを配置することになり、医用機器のサイズが大きくなるという問題があった。手術支援に用いられる医用機器の場合、当該医用機器を配置できる空間の大きさに制約があるため、医用機器のサイズが大きくなると、配置できなくなるという点は問題になる。
【００１０】
さらに、医用機器に新たに電磁ブレーキを配置するため、電磁ブレーキが配置されていない医用機器と比較して、電磁ブレーキのコストが上乗せされることになり、医用機器のコストが増大するという問題があった。
【００１１】
医用機器に用いられるアクチュエータとして空気などの気体の圧力により駆動される気体圧アクチュエータが知られている。気体圧アクチュエータと電磁ブレーキとを組み合わせることにより、医療機器の動作を停止させる緊急停止が可能となる。
【００１２】
しかしながら、電磁ブレーキにより医療機器を緊急停止した場合、気体圧アクチュエータの内部に緊急停止した時点の気体圧の圧力差が残るときがある。このときに、電磁ブレーキを解除すると、残った圧力差に基づいて気体圧アクチュエータが意図しない動作を行う可能性があるという問題もあった。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、気体圧アクチュエータを用いた医用機器において緊急停止に関する動作を速やかに行い、かつ、意図しない動作を抑制するとともに、医用機器としての利用を容易にすることができる医用機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の医用機器は、筒状に形成されたシリンダ、および、前記シリンダの軸線方向に相対移動可能に配置されるとともに前記シリンダの内部空間を一方および他方の空間に区画するピストンを有する気体圧アクチュエータと、前記一方の空間との間で気体の流入および流出が可能に接続された一方の流路と、前記他方の空間との間で前記気体の流入および流出が可能に接続された他方の流路と、前記一方の流路に設けられ、外部から前記一方の空間へ供給される前記気体の流通および遮断を制御する一方の閉塞弁と、前記他方の流路に設けられ、外部から前記他方の空間へ供給される前記気体の流通及び遮断を制御する他方の閉塞弁と、前記一方の流路における前記シリンダおよび前記一方の閉塞弁との間から、前記一方の流路の外側へ前記気体の排気および遮断を制御する一方の排気弁と、前記他方の流路における前記シリンダおよび前記他方の閉塞弁との間から、前記他方の流路の外側へ前記気体の排気および遮断を制御する他方の排気弁と、前記一方の排気弁および前記他方の排気弁から排気される前記気体の流路断面積を変更可能とする絞り弁と、が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の医用機器によれば、一方の閉塞弁および他方の閉塞弁によりシリンダへの気体の供給を遮断することにより、シリンダに対するピストンの相対移動を停止させることができる。言い換えると気体圧アクチュエータを緊急停止させることが可能となる。
【００１６】
また、気体圧アクチュエータの停止後に、一方の排気弁および他方の排気弁から気体の排出を許容することにより、シリンダの一方の空間および他方の空間の圧力が大気圧にまで低下し、両者の間の圧力差が解消される。これにより、気体圧アクチュエータの意図しない動作を抑制することができる。
【００１７】
一方の空間および他方の空間の圧力低下は、絞り弁による流路断面積により制御される。つまり、絞り弁における流路断面積が大きくなると気体の排気速度が大きくなり、圧力が短期間で低下する。その一方で絞り弁における流路断面積が小さくなると気体の排気速度が小さくなり、圧力の低下に長い時間が必要となる。
【００１８】
その他に、医用機器の緊急停止に電磁ブレーキを用いる場合と比較して、一方および他方の閉塞弁、一方および他方の排気弁、および、絞り弁という電磁石やブレーキパッドと比較して軽量、小型、安価な部品を用いるため、重量化、大型化、高価格化を抑制しやすい。
【００１９】
上記発明において前記一方の閉塞弁および前記他方の閉塞弁は、一体に形成された閉塞弁であり、前記一方の排気弁および前記他方の排気弁から排気される前記気体は、同一の前記絞り弁に導かれ、前記一方の排気弁と前記絞り弁との間、および、前記他方の排気弁と前記絞り弁との間には、前記絞り弁に向かう前記気体の流れを許容する逆止弁が設けられていることが好ましい。
【００２０】
このように、一方の閉塞弁および他方の閉塞弁を一体に形成された閉塞弁することにより、別々に設ける場合と比較して、医用機器を構成する部品点数を減らすことが可能となる。また、一方の排気弁と他方の排気弁に対して１つの絞り弁を配置しているため、２つの絞り弁をそれぞれ配置する場合と比較して、医用機器の小型化や軽量化を図りやすい。
【００２１】
また、一方の排気弁と絞り弁の間、および、他方の排気弁と絞り弁の間にそれぞれ逆止弁を配置することにより、一方の空間から他方の空間へ、または、他方の空間から一方の空間への気体の逆流を抑制することができる。
【００２２】
上記発明において前記一方の閉塞弁および前記一方の排気弁は、一体に形成された一方の弁装置であり、前記他方の閉塞弁および前記他方の排気弁は、一体に形成された他方の弁装置であり、前記一方の排気弁から排気される前記気体は、一方の絞り弁に導かれ、前記他方の排気弁から排気される前記気体は、他方の絞り弁に導かれることが好ましい。
【００２３】
このように一方の閉塞弁および一方の排気弁を一体に形成した一方の弁装置、および、他方の閉塞弁および他方の排気弁を一体に形成した他方の弁装置を設けることにより、一方の閉塞弁、一方の排気弁、他方の閉塞弁および他方の排気弁を別々に配置した場合と比較して、医用機器を構成する部品点数を減らすことが可能となる。
【００２４】
一方の排気弁に対して一方の絞り弁を配置し、他方の排気弁に対して他方の絞り弁を配置することにより、共通の絞り弁を設ける場合と比較して、一方の空間および他方の空間における圧力の低下の速さなどを独立して制御することが可能となる。
【００２５】
上記発明において前記一方の閉塞弁および前記他方の閉塞弁は、一体に形成された閉塞弁であり、前記一方の排気弁から排気される前記気体は、一方の絞り弁に導かれ、前記他方の排気弁から排気される前記気体は、他方の絞り弁に導かれることが好ましい。
【００２６】
このように、一方の閉塞弁および他方の閉塞弁を一体に形成された閉塞弁することにより、別々に設ける場合と比較して、医用機器を構成する部品点数を減らすことが可能となる。
【００２７】
一方の排気弁に対して一方の絞り弁を配置し、他方の排気弁に対して他方の絞り弁を配置することにより、共通の絞り弁を設ける場合と比較して、一方の空間および他方の空間における圧力の低下の速さなどを独立して制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の医用機器によれば、一方の閉塞弁および他方の閉塞弁によりシリンダへの気体の供給を遮断することにより、緊急停止を速やかに行うことができる。また、気体圧アクチュエータの停止後に、一方の排気弁および他方の排気弁から気体の排出を許容することにより、緊急停止に関する動作を速やかに行い、かつ、意図しない動作を抑制することができる。更に、本発明によれば医用機器として利用するうえで安全性を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態の医療機器に係るシャフト、関節部、鉗子の構成を説明する模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る医療機器の回路構成を説明する概略図である。
【図３】図１の関節部の構成を説明する断面視図である。
【図４】図２の駆動部における特徴部の回路構成を説明する概略図である。
【図５】図２の制御部における構成を説明するブロック図である。
【図６】図６（ａ）は、緊急停止時の空気圧アクチュエータにおける外力が加わっている状態を説明する模式図であり、図６（ｂ）は、外力が除去された状態を説明する模式図である。
【図７】緊急停止後に排気弁を開にした際の圧力変化を説明するグラフである。
【図８】本実施形態の第２の実施形態の医療機器に係る駆動部の構成を説明する模式図である。
【図９】緊急停止後に排気弁を開にした際の圧力変化を説明するグラフである。
【図１０】本実施形態の第３の実施形態の医療機器に係る駆動部の構成を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る医用機器１ついて図１から図７を参照しながら説明する。本実施形態では、医用機器１が内視鏡手術における支援に用いられる医用ロボットである例に適用して説明する。具体的には医用機器１は、図１に示すように、棒状に形成されたシャフト５１の先端に鉗子５２が配置されたものであり、シャフト５１の先端近傍に関節部５３が設けられたものである。関節部５３を屈曲させることにより、鉗子５２の向きを操作可能なものである。
【００３１】
医用機器１には、図２に示すように、コンプレッサ１１と、元弁１２と、第１駆動部２０Ａ、第２駆動部２０Ｂ、第３駆動部２０Ｃ、第４駆動部２０Ｄと、制御部４０と、が主に設けられている。コンプレッサ１１と、元弁１２と、第１駆動部２０Ａ、第２駆動部２０Ｂ、第３駆動部２０Ｃ、第４駆動部２０Ｄとは関節部５３の駆動に用いられるものである。
【００３２】
コンプレッサ１１は、第１駆動部２０Ａ、第２駆動部２０Ｂ、第３駆動部２０Ｃおよび第４駆動部２０Ｄに所定の圧力に昇圧された空気を供給するものである。空気を昇圧する方式や機構は、公知の物を用いることができ、特に限定するものではない。さらに、コンプレッサ１１の代わりに高圧空気が貯留されたボンベによって所定の圧力の空気を供給するものであってもよい。また、第１駆動部２０Ａ、第２駆動部２０Ｂ、第３駆動部２０Ｃおよび第４駆動部２０Ｄの駆動に用いられる気体は、空気であってもよいし、その他の気体であってもよい。
【００３３】
元弁１２は、コンプレッサ１１から第１駆動部２０Ａ、第２駆動部２０Ｂ、第３駆動部２０Ｃおよび第４駆動部２０Ｄへの空気の供給を制御する弁である。本実施形態では、制御部４０から入力される制御信号に基づいて、空気の供給を制御する元弁１２である例に適用して説明する。本実施形態では、元弁１２を通過した後の空気の圧力を測定する元側圧力センサ１３が配置されている。なお、元弁１２の形式としては、公知の弁形式のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００３４】
第１駆動部２０Ａ、第２駆動部２０Ｂ、第３駆動部２０Ｃおよび第４駆動部２０Ｄは、コンプレッサ１１に対して並列に接続されたものであり、元弁１２を通過した後、分岐した空気が供給されるものである。
【００３５】
第１駆動部２０Ａは、関節部５３を鉗子５２側から見た図３において、０°の位置Ａを引く力を発生させるものである。ここで引くとは、第１駆動部２０Ａが配置されているシャフト５１の根元側（鉗子５２とは反対側）に向かって引き寄せることである。例えば、第１駆動部２０Ａと関節部５３の位置Ａとの間をつなぐワイヤが設けられ、第１駆動部２０Ａがワイヤを介して位置Ａを引くものである。
【００３６】
同様に、第２駆動部２０Ｂは９０°の位置Ｂを引く力を発生させるものである。第３駆動部２０Ｃは１８０°の位置Ｃを引く力を発生させるものである。第４駆動部２０Ｄは２７０°の位置Ｄを引く力を発生させるものである。なお、上述の説明における０°，９０°，１８０°，２７０°との記載は、それぞれの位置の相対関係を説明するために用いたものであり、絶対的な角度を意味するものではない。
【００３７】
関節部５３は、どの方向へも屈曲可能な構成を有している。そのため、第１駆動部２０Ａ、第２駆動部２０Ｂ、第３駆動部２０Ｃ、および、第４駆動部２０Ｄにおいて発生させる力の組み合わせにより、関節部５３を所望の向きに曲げることができる。
【００３８】
第１駆動部２０Ａ、第２駆動部２０Ｂ、第３駆動部２０Ｃ、および、第４駆動部２０Ｄの構成は全て同一であるため、個々を区別することなく説明する。なお第１駆動部２０Ａ、第２駆動部２０Ｂ、第３駆動部２０Ｃ、および、第４駆動部２０Ｄを区別しない場合には、単に駆動部２０と表記する。
【００３９】
駆動部２０には、図２および図４に示すように、制御用サーボバルブ２１と、一方のサーボ側圧力センサ２２ａおよび他方のサーボ側圧力センサ２２ｂと、開閉電磁弁（一方の閉塞弁、他方の閉塞弁）２３と、空気圧アクチュエータ（気体圧アクチュエータ）３０と、一方の開閉側圧力センサ２５ａおよび他方の開閉側圧力センサ２５ｂと、一方の排気弁２６ａおよび他方の排気弁２６ｂと、一方の逆止弁２７ａおよび他方の逆止弁２７ｂと、可変絞り（絞り弁）２８と、サイレンサ２９と、が主に設けられている。
【００４０】
なお、制御用サーボバルブ２１、開閉電磁弁２３および空気圧アクチュエータ３０を第１駆動部２０Ａ、第２駆動部２０Ｂ、第３駆動部２０Ｃ、および、第４駆動部２０Ｄのいずれかに設けられているかを区別する場合には、それぞれの末尾にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを加える。例えば、制御用サーボバルブ２１の場合には、それぞれ制御用サーボバルブ２１Ａ、制御用サーボバルブ２１Ｂ、制御用サーボバルブ２１Ｃ、および、制御用サーボバルブ２１Ｄと表記する。
【００４１】
同様に、一方のサーボ側圧力センサ２２ａおよび他方のサーボ側圧力センサ２２ｂ、一方の排気弁２６ａおよび他方の排気弁２６ｂ、一方の逆止弁２７ａおよび他方の逆止弁２７ｂ、並びに、一方の開閉側圧力センサ２５ａおよび他方の開閉側圧力センサ２５ｂを第１駆動部２０Ａ、第２駆動部２０Ｂ、第３駆動部２０Ｃ、および、第４駆動部２０Ｄのいずれかに設けられているかを区別する場合には、それぞれの末尾にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを加える。
【００４２】
例えば、方のサーボ側圧力センサ２２ａおよび他方のサーボ側圧力センサ２２ｂの場合には、それぞれ一方のサーボ側圧力センサ２２Ａａおよび他方のサーボ側圧力センサ２２Ａｂ、一方のサーボ側圧力センサ２２Ｂａおよび他方のサーボ側圧力センサ２２Ｂｂ、一方のサーボ側圧力センサ２２Ｃａおよび他方のサーボ側圧力センサ２２Ｃｂ、および、一方のサーボ側圧力センサ２２Ｄａおよび他方のサーボ側圧力センサ２２Ｄｂと表記する。
【００４３】
制御用サーボバルブ２１は、元弁１２と開閉電磁弁２３との間に配置されるものである。制御用サーボバルブ２１および元弁１２の間は、第１駆動部２０Ａ、第２駆動部２０Ｂ、第３駆動部２０Ｃおよび第４駆動部２０Ｄに向かって分岐する１本の配管で空気の流通が可能に接続されている。また、制御用サーボバルブ２１および開閉電磁弁２３の間は、並列に配置された２本の配管（一方の流路２３ａ，他方の流路２３ｂ）で空気の流通が可能に接続されている。
【００４４】
制御用サーボバルブ２１は、元弁１２を通過した空気を後述する空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａまたは他方の空間３３ｂに導くものである。空気を導く相手である一方の空間３３ａおよび他方の空間３３ｂの選択は、制御部４０から入力される制御信号に基づいて行われる。なお、制御用サーボバルブ２１の構成は、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００４５】
サーボ側圧力センサ２２ａおよびサーボ側圧力センサ２２ｂは、制御用サーボバルブ２１および開閉電磁弁２３の間の空気の圧力を測定するセンサである。言い換えると、空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａまたは他方の空間３３ｂに導かれる空気であって、開閉電磁弁２３を通過する前の空気の圧力を測定するものである。測定された空気の圧力の値は、センサ出力として制御部４０に入力される。サーボ側圧力センサ２２ａおよびサーボ側圧力センサ２２ｂとしては、公知の圧力センサを用いることができる。
【００４６】
開閉電磁弁２３は、制御用サーボバルブ２１および空気圧アクチュエータ３０の間に配置されるものである。開閉電磁弁２３および制御用サーボバルブ２１の間は、空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａおよび他方の空間３３ｂのそれぞれに対応する２本の配管（一方の流路２３ａ，他方の流路２３ｂ）で空気の流通が可能に接続されている。開閉電磁弁２３および空気圧アクチュエータ３０の間は、一方の空間３３ａおよび他方の空間３３ｂのそれぞれに対応する一方の流路２３ａおよび他方の流路２３ｂで空気の流通が可能に接続されている。
【００４７】
開閉電磁弁２３は、制御用サーボバルブ２１から空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａに連通する一方の流路２３ａの開閉と外部への開放、および、制御用サーボバルブ２１から他方の空間３３ｂに連通する他方の流路２３ｂの開閉と外部への開放を制御するものである。
【００４８】
本実施形態では、制御用サーボバルブ２１および一方の空間３３ａの間を閉じる、かつ、制御用サーボバルブ２１および他方の空間３３ｂの間を閉じる状態と、制御用サーボバルブ２１および一方の空間３３ａの間を連通させる（開く）、かつ、他方の空間３３ｂを外部に開放する状態と、一方の空間３３ａを外部に開放し、かつ、制御用サーボバルブ２１および他方の空間３３ｂの間を連通させる（開く）状態の３つの状態により制御する場合に適用して説明する。なお、開閉電磁弁２３の構成は、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００４９】
空気圧アクチュエータ３０は、コンプレッサ１１から供給される空気の圧力を用いて関節部５３を屈曲させる駆動力を発生させるものである。空気圧アクチュエータ３０には、円筒状に形成されたシリンダ３１と、シリンダ３１に対して相対的に移動可能に配置されたピストン３２と、が主に設けられている。
【００５０】
シリンダ３１の内部は、ピストン３２により一方の空間３３ａおよび他方の空間３３ｂに分けられている。シリンダ３１および開閉電磁弁２３の間には、それぞれ一方の空間３３ａおよび他方の空間３３ｂと連通する一方の流路２３ａおよび他方の流路２３ｂが配置されている。ピストン３２には、シリンダ３１に対する相対移動を関節部５３に伝達するワイヤなどの伝達部材（図示せず）が設けられている。
【００５１】
開閉側圧力センサ２５ａおよび開閉側圧力センサ２５ｂは、開閉電磁弁２３および空気圧アクチュエータ３０の間の空気の圧力を測定するセンサである。言い換えると、空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａまたは他方の空間３３ｂに導かれる空気であって、開閉電磁弁２３を通過する後の空気の圧力を測定するものである。測定された空気の圧力の値は、センサ出力として制御部４０に入力される。開閉側圧力センサ２５ａおよび開閉側圧力センサ２５ｂとしては、公知の圧力センサを用いることができる。
【００５２】
排気弁２６ａおよび排気弁２６ｂは、それぞれ開閉電磁弁２３および空気圧アクチュエータ３０の間の配管である一方の流路２３ａおよび他方の流路２３ｂから分岐し外部に開放された排気配管３５に配置されるものである。なお、排気配管３５は、外部に開放される側の端部は１本の配管であり、排気弁２６ａおよび排気弁２６ｂが配置される側の他方の端部は、２本の配管に分岐するＹ字型の配管である。
【００５３】
排気弁２６ａおよび排気弁２６ｂは、制御部４０から入力される制御信号に基づいて、排気配管３５の連通および閉鎖を制御するものである。言い換えると、排気弁２６ａおよび排気弁２６ｂは、それぞれ空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａまたは他方の空間３３ｂの内部の空気の排気を制御するものである。
【００５４】
逆止弁２７ａおよび逆止弁２７ｂは、それぞれ排気配管３５における排気弁２６ａおよび排気弁２６ｂとサイレンサ２９との間に配置されるものである。逆止弁２７ａは、排気弁２６ａからサイレンサ２９に向かう空気の流れを許容し、サイレンサ２９から排気弁２６ａに向かう空気の流れを阻止するものである。逆止弁２７ｂは、排気弁２６ｂからサイレンサ２９に向かう空気の流れを許容し、サイレンサ２９から排気弁２６ｂに向かう空気の流れを阻止するものである。なお、逆止弁２７ａおよび逆止弁２７ｂとしては、公知の構成のものを使用することができる。
【００５５】
可変絞り２８は、排気配管３５における外部に開放される側の端部近傍であって、サイレンサ２９よりも逆止弁２７ａおよび逆止弁２７ｂ側に配置されるものである。可変絞り２８は、空気が排気配管３５から外部に放出される際の単位時間当たりの流量を調整するものである。可変絞り２８としては公知の構成のものを使用することができる。
【００５６】
サイレンサ２９は、排気配管３５における外部に開放される側の端部に配置されるものである。サイレンサ２９は、空気が排気配管３５から外部に放出される際に発生する音を低減する、または、音の発生を抑制するものである。なお、サイレンサ２９としては、公知の構成のものを使用することができる。
【００５７】
制御部４０は、少なくとも関節部５３の屈曲を制御するものである。制御部４０は、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等を有するマイクロコンピュータである。上述のＲＯＭ等の記憶装置に記憶されているプログラムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェースを協働させものである。
【００５８】
制御部４０には、図５に示すように、外部から入力される関節部の屈曲を指示する制御入力と、元側圧力センサ１３、サーボ側圧力センサ２２ａおよびサーボ側圧力センサ２２ｂ、および、開閉側圧力センサ２５ａおよび開閉側圧力センサ２５ｂから出力される信号と、が主に入力される。
【００５９】
また、制御部４０は、制御入力と、各種センサから出力された信号に基づいて、制御用サーボバルブ２１、開閉電磁弁２３、排気弁２６ａおよび排気弁２６ｂを制御する制御信号を生成し、生成した制御信号を出力するものである。
【００６０】
次に、上記の構成からなる医用機器１における動作について説明する。まず、関節部５３を屈曲させる動作について図２から図４を参照しながら説明する。関節部５３を屈曲させる場合には、図２に示すように、制御部４０はコンプレッサ１１から駆動部２０へ空気が供給できるように元弁１２を制御する制御信号を出力する。
【００６１】
次いで、制御部４０は関節部５３を屈曲させる方向に対応した駆動部２０の制御を行う。例えば、第１駆動部２０Ａを制御する例に適用して説明する。制御部４０は、制御用サーボバルブ２１Ａに対して、空気圧アクチュエータ３０Ａの一方の空間３３Ａａまたは他方の空間３３Ａｂへ空気を導く制御を行う。例えば、一方の空間３３Ａａへ空気を導く制御信号を生成し、制御用サーボバルブ２１Ａに出力する。
【００６２】
さらに、図２および図４に示すように、制御部４０は開閉電磁弁２３Ａに対して、一方の空間３３Ａａへの空気の流通を可能とする制御信号を出力する。コンプレッサ１１で昇圧された空気が流入した一方の空間３３Ａａは、他方の空間３３ｂよりも圧力が高くなる。
【００６３】
空気圧アクチュエータ３０のピストン３２は、一方の空間３３Ａａと他方の空間３３ｂとの圧力差により、他方の空間３３ｂ側へ移動する。ピストン３２の移動は、図３に示すように、ワイヤを介して関節部５３における位置Ａに伝わり、位置Ａを引く力が発生する。これにより、関節部５３が屈曲する。
【００６４】
次に、医用機器１における緊急停止時の動作について説明する。緊急停止時には、図４に示すように、制御部４０は、開閉電磁弁２３に対して制御用サーボバルブ２１および一方の空間３３ａの間を閉じる、かつ、制御用サーボバルブ２１および他方の空間３３ｂの間を閉じる制御信号を出力する。
【００６５】
この際、空気圧アクチュエータ３０における一方の空間３３ａおよび他方の空間３３ｂの圧力差は、図６（ａ）に示すように、関節部５３を介してピストン３２に加わる外力Ｆも加えて、ピストン３２が静止するようにバランスしている。
【００６６】
例えば、図６（ａ）に示す状態から、何らかの要因で関節部５３を介してピストン３２に加わる外力Ｆが消滅すると、ピストン３２は一方の空間３３ａおよび他方の空間３３ｂの圧力差が等しくなる位置まで移動する。その結果として、関節部５３が意図しない屈曲を行う。
【００６７】
このような意図しない意図しない屈曲を抑制するために、制御部４０は次に説明する制御を行う。制御部４０は、排気弁２６ａおよび排気弁２６ｂを開にする制御信号を出力する。制御信号が入力された排気弁２６ａは、図４に示すように、空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａと排気配管３５とを連通させ、排気弁２６ｂは空気圧アクチュエータ３０の他方の空間３３ｂと排気配管３５とを連通させる。
【００６８】
一方の空間３３ａ内の空気は、逆止弁２７ａ、可変絞り２８およびサイレンサ２９を通過して外部へ放出される。他方の空間３３ｂ内の空気は、逆止弁２７ｂ、可変絞り２８およびサイレンサ２９を通過して外部へ放出される。
【００６９】
逆止弁２７ａおよび逆止弁２７ｂが設けられているため、一方の空間３３ａ内の空気が他方の空間３３ｂへ流入すること、他方の空間３３ｂ内の空気が一方の空間３３ａへ流入することが防止される。
【００７０】
一方の空間３３ａ内の空気圧力Ｐａ、および、他方の空間３３ｂ内の空気圧力Ｐｂは、図７に示すように変化する。まず、排気弁２６ａおよび排気弁２６ｂが閉じられた状態において、空気圧力ＰａがＰ１であって、空気圧力ＰｂがＰ２である（Ｐ１＞Ｐ２）。排気弁２６ａおよび排気弁２６ｂが開になった時点から、比較的高い圧力である空気圧力Ｐａの低下が始まる。空気圧力ＰａがＰ２まで低下すると、空気圧力Ｐａおよび空気圧力Ｐｂが同様に低下する。空気圧力Ｐａおよび空気圧力Ｐｂの低下は、外部の圧力（大気圧）と同等になるまで継続する。
【００７１】
上記の構成の医用機器１によれば、開閉電磁弁２３によりシリンダ３１への空気の供給を遮断することにより、シリンダ３１に対するピストン３２の相対移動を停止させることができる。言い換えると空気圧アクチュエータ３０を緊急停止させることが可能となる。
【００７２】
また、空気圧アクチュエータ３０の停止後に、一方の排気弁２６ａおよび他方の排気弁２６ｂから空気の排出を許容することにより、シリンダ３１の一方の空間３３ａおよび他方の空間３３ｂの圧力が大気圧にまで低下し、両者の間の圧力差が解消される。これにより、空気圧アクチュエータ３０の意図しない動作を抑制することができる。
【００７３】
一方の空間３３ａおよび他方の空間３３ｂの圧力低下は、可変絞り２８による流路断面積により制御される。つまり、可変絞り２８における流路断面積が大きくなると空気の排気速度が大きくなり、圧力が短期間で低下する。その一方で可変絞り２８における流路断面積が小さくなると空気の排気速度が小さくなり、圧力の低下に長い時間が必要となる。
【００７４】
その他に、医用機器１の緊急停止に電磁ブレーキを用いる場合と比較して、開閉電磁弁２３、一方の排気弁２６ａおよび他方の排気弁２６ｂ、および、可変絞り２８という電磁石やブレーキパッドと比較して軽量、小型、安価な部品を用いるため、重量化、大型化、高価格化を抑制しやすい。
【００７５】
一体に形成された開閉電磁弁２３を用いることにより、複数に分割された開閉電磁弁を設ける場合と比較して、医用機器１を構成する部品点数を減らすことが可能となる。また、一方の排気弁２６ａと他方の排気弁２６ｂに対して１つの可変絞り２８を配置しているため、２つの絞り弁をそれぞれ配置する場合と比較して、医用機器１の小型化や軽量化を図りやすい。
【００７６】
また、一方の排気弁２６ａと可変絞り２８の間、および、他方の排気弁２６ｂと可変絞り２８の間にそれぞれ逆止弁２７ａおよび逆止弁２７ｂを配置することにより、一方の空間３３ａから他方の空間３３ｂへ、または、他方の空間３３ｂから一方の空間３３ａへの空気の逆流を抑制することができる。
【００７７】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図８および図９を参照しながら説明する。本実施形態の医用機器の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、駆動部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図８および図９を用いて駆動部の構成を説明し、その他の構成等の説明を省略する。
【００７８】
本実施形態の医用機器１０１の駆動部１２０には、図８に示すように、一方の弁装置１２１ａおよび他方の弁装置１２１ｂと、一方の開閉側圧力センサ２５ａおよび他方の開閉側圧力センサ２５ｂと、一方の可変絞り（絞り弁）１２８ａおよび他方の可変絞り（絞り弁）１２８ｂと、一方のサイレンサ１２９ａおよび他方のサイレンサ１２９ｂと、が主に設けられている。
【００７９】
一方の弁装置１２１ａは、制御用サーボバルブ２１および空気圧アクチュエータ３０（一方の空間３３ａ）の間に配置されるものであり、他方の弁装置１２１ｂは、制御用サーボバルブ２１および空気圧アクチュエータ３０（他方の空間３３ｂ）の間に配置されるものである。
【００８０】
一方の弁装置１２１ａには、一方の開閉電磁弁（一方の閉塞弁）１２３ａと、一方の排気弁２６ａと、が主に設けられている。他方の弁装置１２１ｂには、他方の開閉電磁弁（他方の閉塞弁）１２３ｂと、他方の排気弁２６ｂと、が主に設けられている。
【００８１】
一方の開閉電磁弁１２３ａは、制御用サーボバルブ２１から空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａに連通する一方の流路２３ａの開閉を制御するものである。他方の開閉電磁弁２３ｂは、制御用サーボバルブ２１から空気圧アクチュエータ３０の他方の空間３３ｂに連通する他方の流路２３ｂの開閉を制御するものである。
【００８２】
一方の排気弁２６ａは、開閉電磁弁２３および空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａの間の一方の流路２３ａから分岐し外部に開放された排気配管１３５ａに配置されるものである。他方の排気弁２６ｂは、開閉電磁弁２３および空気圧アクチュエータ３０の他方の空間３３ｂの間の他方の流路２３ｂから分岐し外部に開放された排気配管１３５ｂに配置されるものである。
【００８３】
一方の排気弁２６ａは、制御部４０から入力される制御信号に基づいて、排気配管１３５ａの連通および閉鎖を制御するものである。言い換えると、一方の排気弁２６ａは、空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａの内部の空気の排気を制御するものである。
【００８４】
他方の排気弁２６ｂは、制御部４０から入力される制御信号に基づいて、排気配管１３５ｂの連通および閉鎖を制御するものである。言い換えると、他方の排気弁２６ｂは、空気圧アクチュエータ３０の他方の空間３３ｂの内部の空気の排気を制御するものである。
【００８５】
一方の可変絞り１２８ａは一方の排気配管１３５ａに配置されるものであり、他方の可変絞り１２８ｂは、他方の排気配管１３５ｂに配置されるものである。より具体的には、一方の可変絞り１２８ａは、一方の排気配管１３５ａにおける一方の弁装置１２１ａおよび一方のサイレンサ１２９ａの間に配置され、他方の可変絞り１２８ｂは、他方の排気配管１３５ｂにおける他方の弁装置１２１ｂおよび他方のサイレンサ１２９ｂの間に配置される。
【００８６】
一方の可変絞り１２８ａは、空気が一方の排気配管１３５ａから外部に放出される際の単位時間当たりの流量を調整するものであり、他方の可変絞り１２８ｂは、空気が他方の排気配管１３５ｂから外部に放出される際の単位時間当たりの流量を調整するものである。一方の可変絞り１２８ａおよび他方の可変絞り１２８ｂとしては公知の構成のものを使用することができる。
【００８７】
一方のサイレンサ１２９ａは、一方の排気配管１３５ａにおける外部に開放される側の端部に配置されるものである。他方のサイレンサ１２９ｂは、他方の排気配管１３５ｂにおける外部に開放される側の端部に配置されるものである。
【００８８】
一方のサイレンサ１２９ａおよび他方のサイレンサ１２９ｂは、それぞれ空気が一方の排気配管１３５ａおよび他方の排気配管１３５ｂから外部に放出される際に発生する音を低減する、または、音の発生を抑制するものである。なお、一方のサイレンサ１２９ａおよび他方のサイレンサ１２９ｂとしては、公知の構成のものを使用することができる。
【００８９】
次に、上記の構成からなる医用機器１０１における動作について説明する。関節部５３を屈曲させる動作については、第１の実施形態と同様であるためその説明を省略する。ここでは、医用機器１０１における緊急停止時の動作におけるについて説明する。
【００９０】
緊急停止時には、第１の実施形態と同様に、制御部４０は、一方の弁装置１２１ａの一方の開閉電磁弁１２３ａに対して制御用サーボバルブ２１および一方の空間３３ａの間を閉じる制御信号を出力し、かつ、他方の弁装置１２１ｂの他方の開閉電磁弁１２３ｂに対して制御用サーボバルブ２１および他方の空間３３ｂの間を閉じる制御信号を出力する。
【００９１】
その後、制御部４０は、一方の弁装置１２１ａの一方の排気弁２６ａおよび他方の弁装置１２１ｂの他方の排気弁２６ｂを開にする制御信号を出力する。制御信号が入力された一方の排気弁２６ａは、図８に示すように、空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａと一方の排気配管１３５ａとを連通させ、他方の排気弁２６ｂは空気圧アクチュエータ３０の他方の空間３３ｂと他方の排気配管１３５ｂとを連通させる。
【００９２】
一方の空間３３ａ内の空気は、一方の可変絞り１２８ａおよび一方のサイレンサ１２９ａを通過して外部へ放出される。他方の空間３３ｂ内の空気は、他方の可変絞り１２８ｂおよび他方のサイレンサ１２９ｂを通過して外部へ放出される。
【００９３】
一方の空間３３ａ内の空気圧力Ｐａ、および、他方の空間３３ｂ内の空気圧力Ｐｂは、図９に示すように変化する。まず、排気弁２６ａおよび排気弁２６ｂが閉じられた状態において、空気圧力ＰａがＰ１であって、空気圧力ＰｂがＰ２である（Ｐ１＞Ｐ２）。排気弁２６ａおよび排気弁２６ｂが開になった時点から、空気圧力Ｐａおよび空気圧力Ｐｂはそれぞれ圧力が低下し始める。空気圧力Ｐａおよび空気圧力Ｐｂの低下は、外部の圧力（大気圧）と同等になるまで継続する。
【００９４】
上記の構成によれば、一方の開閉電磁弁１２３ａおよび一方の排気弁２６ａを一体に形成した一方の弁装置１２１ａ、および、他方の開閉電磁弁１２３ｂおよび他方の排気弁２６ｂを一体に形成した他方の弁装置１２１ｂを設けることにより、一方の開閉電磁弁、一方の排気弁、他方の開閉電磁弁および他方の排気弁を別々に配置した場合と比較して、医用機器１０１を構成する部品点数を減らすことが可能となる。
【００９５】
一方の排気弁２６ａに対して一方の可変絞り１２８ａを配置し、他方の排気弁２６ｂに対して他方の可変絞り１２８ｂを配置することにより、共通の絞り弁を設ける場合と比較して、一方の空間３３ａおよび他方の空間３３ｂにおける圧力の低下の速さなどを独立して制御することが可能となる。
【００９６】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図９および図１０を参照しながら説明する。本実施形態の医用機器の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、駆動部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図９および図１０を用いて駆動部の構成について説明し、その他の構成等の説明を省略する。
【００９７】
本実施形態の医用機器２０１の駆動部２２０には、図９に示すように、開閉電磁弁２３と、空気圧アクチュエータ３０と、一方の開閉側圧力センサ２５ａおよび他方の開閉側圧力センサ２５ｂと、一方の排気弁２６ａおよび他方の排気弁２６ｂと、一方の逆止弁２７ａおよび他方の逆止弁２７ｂと、一方の可変絞り（絞り弁）２２８ａおよび他方の可変絞り（絞り弁）２２８ｂと、一方のサイレンサ２２９ａおよび他方のサイレンサ２２９ｂと、が主に設けられている。
【００９８】
なお、駆動部２２０には、第1の実施形態の駆動部２０と同様に制御用サーボバルブ２１、および、一方のサーボ側圧力センサ２２ａおよび他方のサーボ側圧力センサ２２ｂが設けられており、その図示および説明を省略する。
【００９９】
一方の可変絞り２２８ａは一方の排気配管２３５ａに配置されるものであり、他方の可変絞り２２８ｂは、他方の排気配管２３５ｂに配置されるものである。より具体的には、一方の可変絞り２２８ａは、一方の排気配管２３５ａにおける一方の排気弁２６ａおよび一方のサイレンサ２２９ａの間に配置され、他方の可変絞り２２８ｂは、他方の排気配管２３５ｂにおける他方の排気弁２６ｂおよび他方のサイレンサ２２９ｂの間に配置される。
【０１００】
一方の可変絞り２２８ａは、空気が一方の排気配管２３５ａから外部に放出される際の単位時間当たりの流量を調整するものであり、他方の可変絞り２２８ｂは、空気が他方の排気配管２３５ｂから外部に放出される際の単位時間当たりの流量を調整するものである。一方の可変絞り２２８ａおよび他方の可変絞り２２８ｂとしては公知の構成のものを使用することができる。
【０１０１】
一方の排気配管２３５ａは、空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａと連通する一方の流路２３ａから分岐し、端部が外部に開放された配管である。一方の排気配管２３５ａには、一方の排気弁２６ａ、一方の可変絞り２２８ａおよび一方のサイレンサ２２９ａが配置されている。
【０１０２】
他方の排気配管２３５ｂは、空気圧アクチュエータ３０の他方の空間３３ｂと連通する他方の流路２３ｂから分岐し、端部が外部に開放された配管である。他方の排気配管２３５ｂには、他方の排気弁２６ｂ、他方の可変絞り２２８ｂおよび他方のサイレンサ２２９ｂが配置されている。
【０１０３】
一方のサイレンサ２２９ａは、一方の排気配管２３５ａにおける外部に開放される側の端部に配置されるものである。他方のサイレンサ２２９ｂは、他方の排気配管２３５ｂにおける外部に開放される側の端部に配置されるものである。
【０１０４】
一方のサイレンサ２２９ａおよび他方のサイレンサ２２９ｂは、それぞれ空気が一方の排気配管２３５ａおよび他方の排気配管２３５ｂから外部に放出される際に発生する音を低減する、または、音の発生を抑制するものである。なお、一方のサイレンサ２２９ａおよび他方のサイレンサ２２９ｂとしては、公知の構成のものを使用することができる。
【０１０５】
次に、上記の構成からなる医用機器２０１における動作について説明する。関節部５３を屈曲させる動作については、第１の実施形態と同様であるためその説明を省略する。ここでは、医用機器２０１における緊急停止時の動作におけるについて説明する。
【０１０６】
緊急停止時には、第１の実施形態と同様に、制御部４０は、開閉電磁弁２３に対して制御用サーボバルブ２１および一方の空間３３ａの間を閉じる、かつ、制御用サーボバルブ２１および他方の空間３３ｂの間を閉じる制御信号を出力する。
【０１０７】
その後、制御部４０は、排気弁２６ａおよび排気弁２６ｂを開にする制御信号を出力する。制御信号が入力された排気弁２６ａは、図９に示すように、空気圧アクチュエータ３０の一方の空間３３ａと排気配管２３５ａとを連通させ、排気弁２６ｂは空気圧アクチュエータ３０の他方の空間３３ｂと排気配管２３５ｂとを連通させる。
【０１０８】
一方の空間３３ａ内の空気は、可変絞り２８ａおよびサイレンサ２９ａを通過して外部へ放出される。他方の空間３３ｂ内の空気は、可変絞り２８ｂおよびサイレンサ２９ｂを通過して外部へ放出される。なお、一方の空間３３ａ内の空気圧力Ｐａ、および、他方の空間３３ｂ内の空気圧力Ｐｂの変化は、第２の実施形態を同様な変化であるため、その説明を省略する。
【０１０９】
上記の構成によれば、一体に形成された開閉電磁弁２３を用いることにより、複数に分割された開閉電磁弁を設ける場合と比較して、医用機器２０１を構成する部品点数を減らすことが可能となる。
【０１１０】
一方の排気弁２６ａに対して一方の可変絞り２２８ａを配置し、他方の排気弁２６ｂに対して他方の可変絞り２２８ｂを配置することにより、共通の絞り弁を設ける場合と比較して、一方の空間３３ａおよび他方の空間３３ｂにおける圧力の低下の速さなどを独立して制御することが可能となる。
【０１１１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の実施形態においては、この発明を内視鏡手術で用いられる鉗子５２の操作に用いられる例に適用して説明したが、操作の対象は鉗子５２に限られるものではなく、電気メスなど内視鏡手術に用いられる他の術具の操作に用いられるものであってもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１，１０１，２０１…医用機器、  ２３…開閉電磁弁（一方の閉塞弁、他方の閉塞弁）、  ２６ａ…一方の排気弁、  ２６ｂ…他方の排気弁、  ２８…可変絞り（絞り弁）、  ３０…空気圧アクチュエータ（気体圧アクチュエータ）、  ３１…シリンダ、  ３２…ピストン、  ３３ａ…一方の空間、  ３３ｂ…他方の空間、  １２１ａ…一方の弁装置、  １２１ｂ…他方の弁装置、  １２３ａ…一方の開閉電磁弁（一方の閉塞弁）、  １２３ｂ…他方の開閉電磁弁（他方の閉塞弁）、  １２８ａ，２２８ａ…一方の可変絞り（絞り弁）、  １２８ｂ，２２８ｂ…他方の可変絞り（絞り弁）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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