(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲機構を備えた湾曲管部を有した挿入部と、前記挿入部内に挿通され、前記湾曲機構を湾曲操作するアングルワイヤと、前記アングルワイヤを牽引し、前記湾曲機構を操作して前記湾曲管部を湾曲させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する湾曲操作部とを備えた電動湾曲式内視鏡において、
前記アングルワイヤの張力を検知する張力センサと、前記アングルワイヤの変位を検知する変位センサを備え、
前記両センサからの情報によってアングルワイヤの張力とアングルワイヤの変位を検知し、検知したアングルワイヤの張力と、検知したアングルワイヤの変位に対応して予め設定されている挿入部の先端部が外力を受けていない状態における張力の差分を算出する手段を設け、
前記湾曲管部を湾曲させたときに挿入部の先端部が外力を受けた場合、前記差分に応じた力量で前記湾曲操作部を作動させるように構成し、当該外力を受けたことを操作者に判らせるように構成したことを特徴とする電動湾曲式内視鏡。
【請求項２】
前記張力センサと変位センサが、共に前記挿入部内部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電動湾曲式内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動モータなどのアクチュエータで挿入部の湾曲管部を湾曲駆動するようにした電動湾曲式内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、湾曲管部を湾曲する操作を術者が行う煩雑さを軽減し、湾曲操作の操作性を向上させることを目的として電動モータの駆動力で挿入部の湾曲管部を湾曲するようにした電動湾曲式内視鏡が提案されている。
【０００３】
一般に電動湾曲式内視鏡は挿入部内にアングルワイヤを配置し、前記アングルワイヤを掛けたプーリを電動モータにより回転駆動して前記アングルワイヤを牽引することにより湾曲管部を湾曲するようになっている。また、前記電動モータのシャフト部にロータリーエンコーダを取り付け、そのロータリーエンコーダの出力信号を基に湾曲角を検出し、所定の湾曲角度まで湾曲管部を湾曲するように電動モータの動作を制御するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の湾曲方式において湾曲管部が湾曲する角度は挿入部内に配置したアングルワイヤの牽引移動量により定まる。しかし、アングルワイヤは長尺な挿入部内に配置したコイルシース内に挿通されて湾曲管部の先端まで導かれており、牽引させられるときにはコイルシースの内面に摺接して移動するため、コイルシースより摩擦力を受ける。特に、コイルシースが曲がっていると、アングルワイヤはコイルシースの内面に強く当たって摺接するため、より大きな摩擦力を受ける。
【０００５】
一般に挿入部が曲がればコイルシースも曲がり、コイルシースの形状は挿入部の形状に伴って変化する。従って、内視鏡を使用するときには挿入部と共にコイルシースは種々複雑な形状に曲り、これに摺接するアングルワイヤが受ける摩擦力もその形状に応じて変化する。このようにアングルワイヤにはその摩擦力の変化に応じて逐次変化する張力が加わり、伸びの変化がある程度起きると共に、コイルシースとの位置関係も変わる。一方、そのアングルワイヤに加わる張力の反作用としてコイルシースには大きな圧縮力が加わり、実際には圧縮変形や歪みが、ある程度発生することは避けられない。また、挿入部に加わる外部からの負荷の程度によっても湾曲管部を湾曲する際において、アングルワイヤに加えるべき牽引力が変わり、アングルワイヤの張力や、コイルシースに対する摩擦力や圧縮力等も変動する。
【０００６】
以上の如く、湾曲管部を湾曲するとき、コイルシースからアングルワイヤに加わる摩擦力等が原因で、アングルワイヤによる湾曲操作量が減少し、本来の湾曲量に比べて湾曲量が少なくなる、いわゆるアングルダウン現象を起こす。
【０００７】
その結果、電動モータへの入力値に対しての出力値である湾曲管部の湾曲角が常には追従せず、挿入部の曲がり具合によって湾曲角が違ったものになるということがあった。
【０００８】
そこで、前述のように問題を解決するために、挿入部にアングルワイヤの変位量を検知するアングルワイヤ変位センサを設け、制御情報として活用したり、アングル操作手段にアングルワイヤの変位情報をフィードバックした電動湾曲式内視鏡を特願平１０−２３５５０３号として出願している。
【０００９】
しかしながら、特願平１０−２３５５０３号のものは、アングル操作手段によって湾曲管部を湾曲したときにアングルワイヤに張力が加わり、その張力がアングル操作によるものか、湾曲管部が物体に当たって外部から力によるものか把握することができない。また、湾曲管部を湾曲したとき、そのアングルワイヤの変位量によって湾曲管部の湾曲角度が判っても、湾曲管部が物体に当たって外部から力を受けた場合、その力覚を分別して検知することができない。
【００１０】
本発明は前記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、挿入部の湾曲管部の湾曲角度及び湾曲管部にかかる外力を独立して検知し、湾曲管部の状態を正確に把握することができ、操作性に優れた電動湾曲式内視鏡を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、湾曲機構を備えた湾曲管部を有した挿入部と、前記挿入部内に挿通され、前記湾曲機構を湾曲操作するアングルワイヤと、前記アングルワイヤを牽引し、前記湾曲機構を操作して前記湾曲管部を湾曲させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する湾曲操作部とを備えた電動湾曲式内視鏡において、前記アングルワイヤの張力を検知する張力センサと、前記アングルワイヤの変位を検知する変位センサを備え、前記両センサからの情報によってアングルワイヤの張力とアングルワイヤの変位を検知し、検知したアングルワイヤの張力と、検知したアングルワイヤの変位に対応して予め設定されている挿入部の先端部が外力を受けていない状態における張力の差分を算出する手段を設け、前記湾曲管部を湾曲させたときに挿入部の先端部が外力を受けた場合、前記差分に応じた力量で前記湾曲操作部を作動させるように構成し、当該外力を受けたことを操作者に判らせるように構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２は、請求項１の前記張力センサと変位センサが、共に前記挿入部内部に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
前記構成によれば、アクチュエータによってアングルワイヤを牽引して湾曲管部を湾曲したとき、張力センサと変位センサの両センサからの情報によって湾曲操作によるものか、外力によるものかを分別して検知できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は電動湾曲式内視鏡の構成を概略的構成図であり、電子式の軟性内視鏡の挿入部１の手元側には操作部２が連結されている。前記挿入部１は細く長い可撓性を有する可撓管部１１と、この可撓管部１１の先端に接続された湾曲管部１２と、この湾曲管部１２の先端に接続された硬質の先端部１３によって構成されている。先端部１３には図２に示すように、ＣＣＤ等の固体撮像素子１４等が設けられている。
【００１５】
前記可撓管部１１は、図２で示すように、螺旋管１５にブレード管１６を被嵌し、この上に外皮１７を被覆して構成されている。前記螺旋管１５は帯状の金属板を螺旋状に巻いて円筒状に形成したものであり、また、前記ブレード管１６は多数の金属素線を編組して円筒状に形成したものである。
【００１６】
前記湾曲管部１２は、図２で示すように、挿入部１の長手軸方向に並べた複数の湾曲駒２１を有し、この隣接する湾曲駒２１同士をリベット状の軸ピン２２により回転自在に連接することにより全体的に湾曲自在な管状の湾曲管用芯材２３を構成し、この湾曲管用芯材２３の外周に筒状のブレード２４を被嵌し、この外周に外皮２５を被覆して構成されている。個々の湾曲駒２１は軸ピン２２を設ける位置によって湾曲する方向が定まるが、ここでは軸ピン２２を左右位置と上下位置に交互または適宜毎に配置して湾曲管用芯材２３を全体的に上下・左右方向に湾曲可能なものとしている。そして、前記湾曲管用芯材２３は後述するアングルワイヤ３５により牽引する向きに湾曲する湾曲機構３６を構成している。
【００１７】
また、最先端に位置する湾曲駒２１と最後端に位置する湾曲駒２１を除く他の湾曲駒２１の内面には上下・左右にそれぞれ配置したアングルワイヤ３５に対応した位置において、それぞれのアングルワイヤ３５を個別的に挿通して進退自在に案内するためのリング状のワイヤガイド３７がロー付け等により取着されている。最先端の湾曲駒または先端部１３の本体部材には各アングルワイヤ３５の先端がロー付け等によりそれぞれ固定されている。
そこで、各アングルワイヤ３５のいずれかを選択して、それを牽引すると、その選んだアングルワイヤ３５の向きに湾曲管部１２を湾曲することができる。
【００１８】
前記挿入部１の可撓管部１１と湾曲管部１２は金属製の接続管４１によって連結されている。可撓管部１１における螺旋管１５及びブレード管１６の積層先端部分が接続管４１の後端部内に嵌合し、ろう付け等により固定されている。また前記湾曲管部１２の湾曲管用芯材２３における最後に位置する湾曲駒２１の後端部は前記接続管４１の先端部外周に被嵌し、ろう付けまたはネジ止め等により固定されている。
【００１９】
湾曲管部１２のブレード２４及び外皮２５の後端側部分は最後端に位置する湾曲駒２１を越えて前記接続管４１の外周部分まで至り、その接続管４１の外周に被嵌してろう付け等により固定されている。可撓管部１１の外皮１７と湾曲管部１２の外皮２５は突き当てられ、その突き当てた両端部分にわたりその外周には糸４２を密に巻付けて締結し、その糸巻き部の外周に接着剤４３を塗布して突当て部を液密的に封止している。そして、このような可撓管部１１と湾曲管部１２の接続部分は通常、比較的硬質な領域の部分になっている。
【００２０】
各アングルワイヤ３５は前記可撓管部１１内においてそれぞれのガイドシースに個別的に挿通され、前記操作部２内に導かれている。このガイドシースとしては例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のコイル素線を密にコイル状に巻いて形成したコイルシース４５からなり、各コイルシース４５にはそれぞれのアングルワイヤ３５が個別的に挿通されている。コイルシース４５の先端は前記接続管４１の内面にろう付けして固定的に取着されている。コイルシース４５の後端側は挿入部１の可撓管部１１内にフリーな状態で配置され、他の内蔵物と共に操作部２内まで導かれている。
【００２１】
一方、図１で示すように、前記操作部２内には上・下の各アングルワイヤ３５を両端に連結したワイヤを巻装したプーリ４６ａと、左・右の各アングルワイヤ３５を両端に連結したワイヤを巻装したプーリ４６ｂが設置されている。前記プーリ４６ａ，４６ｂは電動モータ４７ａ，４７ｂにより正逆自在に回転させられる。電動モータ４７ａ，４７ｂは制御装置４８によって制御されるモータ駆動部４９により駆動させられる。そして、電動モータ４７ａ，４７ｂによりプーリ４６ａ，４６ｂを回転し、前記アングルワイヤ３５を介して湾曲管部１２を湾曲操作するアクチュエータを構成している。
【００２２】
前記アクチュエータの操作位置はアクチュエータ位置検出手段により検出される。ここでのアクチュエータ位置検出手段は前記電動モータ４７ａ，４７ｂのシャフト部に取り付けられているロータリーエンコーダ５１ａ，５１ｂによって構成され、ロータリーエンコーダ５１ａ，５１ｂの出力信号を基に前記湾曲機構３６の湾曲角を検出するようになっている。前記制御装置４８はそのアクチュエータ位置検出手段の位置検出信号を基にアクチュエータによる湾曲操作量を制御し、前記湾曲管部１２を所定の湾曲角度まで湾曲するようになっている。
【００２３】
すなわち、操作部２には湾曲操作部としてのジョイスティック５２が設けられている。このジョイスティック５２によって上下・左右の湾曲する向きを指定すると共にその湾曲操作量の指令を与える。上下・左右の湾曲する向きの指定と湾曲操作量の指令を行うことにより、上下方向ジョイスティックモータ５３ａ及び左右方向ジョイスティックモータ５３ｂが回転し、その回転角、つまり湾曲操作量はロータリエンコーダ５４ａ，５４ｂが検知し、このロータリエンコーダ５４ａ，５４ｂの検知信号は入力ドライバ５５を介して制御装置４８に入力される。
【００２４】
次に、前記湾曲管部１２の状態を検知する手段について説明する。
【００２５】
図１に示すように、挿入部１の先端部１３には各アングルワイヤ３５に対応して歪センサ等の張力センサ５６が固定され、この張力センサ５６にはアングルワイヤ３５の先端部が連結され、アングルワイヤ３５の張力を検知するようになっている。張力センサ５６の信号線５７は挿入部１を通じて操作部２内の張力センサアンプ５８、Ａ／Ｄ変換器５９を介して制御装置４８に接続されている。
【００２６】
さらに、可撓管部１１の先端部と湾曲管部１２の後端部との接続管４１の内側にはアングルワイヤ５３に対応して磁気誘導センサ、レーザ変位センサ等の変位センサ６０が固定され、アングルワイヤ３５の軸方向の変位量を検知するようになっている。変位センサ６０は、アングルワイヤ３５を挿通案内するコイルシース４５の部分に組み込んで構成されている。変位センサ６０のセンサーコイル６１の両端には信号線６２が導出され、この信号線６２は挿入部１を通じて操作部２内の変位センサアンプ６３、Ａ／Ｄ変換器６４を介して制御装置４８に接続されている。
【００２７】
次に、第１の実施形態の作用について説明すると、ジョイスティック５２を例えば上下方向に回動操作すると、ジョイスティックモータ５３ａが回転し、その回転はエンコーダ５４ａから入力ドライバ５５を介して指令が制御装置４８に入力される。すると、電動モータ４７ａはその回転方向にプーリ４６ａを回転し、アングルワイヤ３５を牽引して湾曲管部１２を目的の向きに湾曲する。このとき、電動モータ４７ａはサーボ制御される。
【００２８】
このとき、図３に示すように、湾曲管部１２に外力が加わっていない場合、張力センサ５６で測定した張力と、変位センサ６０で測定した変位の関係が曲線Ａのように示されるように変位に対して張力が上昇する。ところが、湾曲管部１２を湾曲して観察したり、処置中に、張力センサ５６で測定した張力と、変位センサ６０で測定した変位の関係がＢ点を測定すると、曲線Ａからの張力の差Ｃだけ湾曲管部１２に外力が加わっていることになる。
【００２９】
つまり、図１に示すように、挿入部１を体腔内ａに挿入し、湾曲管部１２を湾曲した場合、アングルワイヤ３５の変位量が変位センサ６０によって測定され、その測定結果は変位センサアンプ６３、Ａ／Ｄ変換器６４を介して制御装置４８に入力される。また、湾曲管部１２を湾曲したとき、先端部１３が体腔壁ｂに当たってさらに湾曲させた場合、あるいは体腔壁ｂから矢印ｃ方向の外力が加わった場合、張力センサ５６がその張力を測定し、その測定結果は張力センサアンプ５８、Ａ／Ｄ変換器５９を介して制御装置４８に入力される。そして、制御装置４８は曲線Ａからの張力の差Ｃを算出し、Ｃの大きさだけの力量をジョイスティック５２にフィードバックするように入力ドライバ５５を作動させる。従って、ジョイスティック５２を操作する操作者の手の感覚で挿入部１の先端部１３が外力を受けたことが判る。
【００３０】
前述した実施形態によれば、挿入部１内にアングルワイヤ３５の変位量を測定する変位センサ６０を設置したので、挿入部１の形状が変化しても、いわゆるアングルダウンを解消する制御を確実に行うことができる。また、アングルワイヤ３５の張力を測定する張力センサ５６を設置することによって湾曲管部１２を湾曲したときに先端部１３が体腔壁ｂ等に当たって外力ｃを受けたときに、その張力を張力センサ５６によって測定する。
【００３１】
そして、その張力の差Ｃを制御装置４８が算出し、張力差Ｃ分の大きさだけの力量をジョイスティック５２にフィードバックすることにより、ジョイスティック５２を操作する操作者の手の感覚で挿入部１の先端部１３が外力を受けたことが判るため、ジョイスティック５２によって湾曲管部１２の湾曲を戻したり、湾曲方向を変更するなどの操作を行うことができ、操作性を向上することができる。
【００３２】
しかし、本発明は、張力センサ５６によってアングルワイヤ３５の張力を測定し、その張力の差Ｃを制御装置４８が算出し、張力差Ｃ分の大きさだけの力量をジョイスティック５２にフィードバックすることに限定されるものではなく、例えば張力センサ５６の検知信号によって警報ランプを点灯したり、あるいは警報ブザーを作動させて先端部１３が外力を受けたことを報知するようにしてもよい。
【００３３】
なお、前記実施形態ではアングルワイヤ３５を牽引する駆動手段として電動モータ４７を用いているが、他のアクチュエータを利用するものであってもよい。
【００３４】
さらに、本発明は、医療用内視鏡に限定されるものではなく、工業用内視鏡にも適用できる。特に、管路等を探索する工業用内視鏡においては、挿入部の湾曲管部を湾曲したとき、その先端部が管壁等に当たっていることを知らずに、さらに湾曲を進めてアングルワイヤを切断させたり、湾曲管部や先端部を破損させてしまうことがあるが、張力センサを設けることにより、前述のような問題を解消できる。
【００３５】
前記実施の形態によれば、次のような構成が得られる。
【００３６】
（付記１）湾曲機構を備えた湾曲管部を有した挿入部と、前記挿入部内に挿通され、前記湾曲機構を湾曲操作するアングルワイヤと、前記アングルワイヤを牽引し、前記湾曲機構を操作して前記湾曲管部を湾曲させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する湾曲操作部とを備えた電動湾曲式内視鏡において、前記アングルワイヤの張力を検知する張力センサと、前記アングルワイヤの変位を検知する変位センサを備え、前記両センサからの情報によって前記湾曲管部の状態を検知する手段を設けたことを特徴とする電動湾曲式内視鏡。
【００３７】
（付記２）前記張力センサは、歪センサであることを特徴とする付記１記載の電動湾曲式内視鏡。
【００３８】
（付記３）前記変位センサは、電磁誘導センサまたはレーザ変位センサであることを特徴とする付記１記載の電動湾曲式内視鏡。
【００３９】
（付記４）前記張力センサは、各アングルワイヤに対応して挿入部の先端部に設けられ、この張力センサにアングルワイヤの先端部が連結されていることを特徴とする付記１記載の電動湾曲式内視鏡。
【００４０】
（付記５）前記変位センサは、各アングルワイヤに対応して挿入部の可撓管部の先端部に設けられ、この変位センサにアングルワイヤの中途部が挿通されていることを特徴とする付記１記載の電動湾曲式内視鏡。
【００４１】
（付記６）前記張力センサの測定結果は、制御装置を介して湾曲操作部にフィードバックされることを特徴とする付記１記載の電動湾曲式内視鏡。
【００４２】
（付記７）前記湾曲操作部は、ジョイスティックであることを特徴とする付記６記載の電動湾曲式内視鏡。
【００４３】
（付記８）前記張力センサの測定結果は、制御装置に入力され、制御装置は通常の湾曲時の張力との差を算出し、差分の力量をジョイスティックにフィードバックすることを特徴とする付記１記載の電動湾曲式内視鏡。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、挿入部の湾曲管部の湾曲角度及び湾曲管部にかかる外力を独立して検知することにより、湾曲管部の状態を正確に把握することができ、操作性に優れた電動湾曲式内視鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電動湾曲式内視鏡の概略的構成図。
【図２】同実施形態の内視鏡の挿入部における可撓管部と湾曲管部の縦断面図。
【図３】同実施形態の作用説明図。
【符号の説明】
１…挿入部
２…操作部
１２…湾曲管部
１３…先端部
３５…アングルワイヤ
３６…湾曲機構
５２…ジョイスティック（入力手段）
５６…張力センサ
６０…変位センサ
【図１】
0003549434.tif 000002
【図２】
0003549434.tif 000003
【図３】
0003549434.tif 000004