JP2011130913A - 管内移動体用アクチュエータおよびその制御方法、内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】膨張収縮部材の外部、特に管内壁に接触して係止する膨張収縮部材の外部に対して有効に力を発生させる。
【解決手段】圧力制御部３２は、係止バルーン４４の内圧ｐが極大となる伸長比が１．５の場合、係止バルーン４４の伸長比λが１．５以上の領域を使用範囲とし、膨張範囲制御部３２ｂがこの使用範囲の情報である膨張範囲情報と関連付けられて予め格納されている送気流量情報を膨張範囲格納部３２ａから読み出し、この送気流量情報により係止バルーン４４の膨張を流量制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は管内移動体用アクチュエータおよびその制御方法、内視鏡に係り、特に、管壁に推進力を伝えて管内を移動する技術に関する。

内視鏡の大腸挿入は、大腸が体内で曲がりくねった構造であること、体腔に固定されていない部分があることなどから、非常に難しい。そのため、挿入手技の習得には多くの経験を必要とし、挿入手技が未熟の場合には、患者に大きな苦痛を与える結果となる。

大腸部位の中で特に挿入が難しいと言われているのは、Ｓ状結腸と横行結腸である。Ｓ状結腸と横行結腸はその他の結腸とは異なり体腔内に固定されていない。そのため、自身の長さの範囲にて体腔内で任意な形状をとることができ、また、内視鏡挿入時の接触力により体腔内で変形する。

大腸挿入においては、挿入時の腸管への接触を少しでも減らすために、Ｓ状結腸や横行結腸を直線化することが重要である。直線化のために多くの手技がこれまで提案されているが、同時に、曲がった腸管を手繰り寄せて湾曲度合いを低減するための挿入補助具がいくつか提案されている。

例えば、特許文献１，２には、可撓管部の外周面に螺旋状に４本の膨張・収縮が可能な変動チューブ巻回されており、各変動チューブ内の圧力を変動させて４本の変動チューブを順次膨張・収縮させることにより、外皮の外周面を順次膨張・収縮させて先端側から手元側に膨張部を移動させて腸管を手繰り寄せる技術が開示されている。

特開平１１−９５４５号公報 特開２００６−２２３８９５号公報

膨張収縮部材を用いた管内移動体用アクチュエータにおいては、膨張収縮部材は外周面と管内面との間で所定の係止力を発生させる必要がある。

しかしながら、バルーンのような形状では膨張収縮部材内部に圧力を発生させても膨張収縮部材の表面張力と相殺しあってしまい、膨張収縮部材の外部に対して必要な係止力を発生させることが困難という問題があった。そのため、それを回避するためにはさらに大きな圧力をかける必要があるため、膨張収縮部材の破損時等に瞬間的に管内面に大きな圧力が発生するといった問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、膨張収縮部材の外部、特に管内壁に接触して係止する膨張収縮部材の外部に対して有効に力を発生させることのできる管内移動体用アクチュエータおよびその制御方法、内視鏡を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の管内移動体用アクチュエータは、管内移動体に設けられ管内移動方向に並べて配置された第１膨張収縮部材と第２膨張収縮部材と第３膨張収縮部材と、前記第１膨張収縮部材と前記第２膨張収縮部材と前記第３膨張収縮部材の膨張収縮を制御する制御部と、を有し、前記第１膨張収縮部材と前記第２膨張収縮部材はともに前記制御部により膨張させた状態で互いに接触し、前記第１膨張収縮部材と前記第３膨張収縮部材はともに前記制御部により膨張させた状態で互いに接触するように配置され、前記第２膨張収縮部材と前記第３膨張収縮部材はともに前記制御部により膨張させた状態で互いに接触しないように配置されており、前記制御部は、前記第１膨張収縮部材の膨張時における非膨張時からの伸長比に基づく前記第１膨張収縮部材の膨張範囲を予め格納した膨張範囲格納手段と、前記膨張範囲にて前記第１膨張収縮部材を膨張させ、膨張時における前記第１膨張収縮部材の前記伸長比を所定伸長比以上とする膨張範囲制御手段と、を備えたことを特徴する。

請求項１に記載の管内移動体用アクチュエータでは、前記膨張範囲格納手段が前記第１膨張収縮部材の膨張時における非膨張時からの伸長比に基づく前記第１膨張収縮部材の膨張範囲を予め格納し、前記膨張範囲制御手段が前記膨張範囲にて前記第１膨張収縮部材を膨張させ、膨張時における前記第１膨張収縮部材の前記伸長比を所定伸長比以上とすることで、前記管内壁に接触して係止する前記第１膨張収縮部材の外部に対して有効に力を発生させることを可能とする。

請求項２に記載の管内移動体用アクチュエータのように、請求項１に記載の管内移動体用アクチュエータであって、前記第１膨張収縮部材は、膨張して管内壁に接触した時に前記管内移動体と前記管内壁との間を埋める第１の部分と、前記管内壁と接触して推進力を発生させる第２の部分とを備え、その一部が前記管内移動体に固定され、前記制御部は、前記第２膨張収縮部材による駆動によって前記第１膨張収縮部材の前記第１の部分が前記第２の部分になるようにして前記管内移動体と前記管内壁との相対位置を変化させるように制御することが好ましい。

請求項３に記載の管内移動体用アクチュエータのように、請求項１または２に記載の管内移動体用アクチュエータであって、前記所定伸長比は、前記第１膨張収縮部材の内圧が極大となる伸長比であることが好ましい。

請求項４に記載の管内移動体用アクチュエータのように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の管内移動体用アクチュエータであって、前記所定伸長比は１．５であることが好ましい。

請求項５に記載の管内移動体用アクチュエータは、膨張して管内壁に接触した時に管内移動体と前記管内壁との間を埋める第１の部分と、前記管内壁と接触して推進力を発生させる第２の部分とを備え、その一部が前記管内移動体に固定された第１膨張収縮部材と、前記第１膨張収縮部材を駆動させる第２膨張収縮部材と、膨張して管内壁に接触する保持用膨張収縮部材と、前記第１膨張収縮部材、前記第２膨張収縮部材及び前記保持用膨張収縮部材を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記第１膨張収縮部材の膨張時における非膨張時からの伸長比に基づく前記第１膨張収縮部材の膨張範囲を予め格納した膨張範囲格納手段と、前記膨張範囲にて前記第１膨張収縮部材を膨張させ、膨張時における前記第１膨張収縮部材の前記伸長比を所定伸長比以上とする膨張範囲制御手段と、を備え、前記第１膨張収縮部材または前記保持用膨張収縮部材の少なくともいずれか一方を膨張させて前記管内壁に係止させた状態を保持すると共に、前記第２膨張収縮部材による駆動によって前記第１膨張収縮部材の前記第１の部分が前記第２の部分になるようにして前記管内移動体と前記管内壁との相対位置を変化させるように制御することを特徴とする。

請求項６に記載の管内移動体用アクチュエータのように、請求項５に記載の管内移動体用アクチュエータであって、前記管内移動体に設けられ管内移動方向に前記第１膨張収縮部材、前記第２膨張収縮部材および前記保持用膨張収縮部材とともに並べて配置されるものであって、前記第２膨張収縮部材に対して前記第１膨張収縮部材を挟んで反対側に配置される第３膨張収縮部材を有することが好ましい。

請求項７に記載の管内移動体用アクチュエータのように、請求項５または６に記載の管内移動体用アクチュエータであって、前記所定伸長比は、前記第１膨張収縮部材の内圧が極大となる伸長比であることが好ましい。

請求項８に記載の管内移動体用アクチュエータのように、請求項５ないし７のいずれか１つに記載の管内移動体用アクチュエータであって、前記所定伸長比は１．５であることが好ましい。

請求項９に記載の管内移動体用アクチュエータの制御方法は、管内移動体に設けられ管内移動方向に順に並べて配置された第１膨張収縮部材と第２膨張収縮部材と第３膨張収縮部材と、前記第１膨張収縮部材と前記第２膨張収縮部材と前記第３膨張収縮部材の膨張収縮を制御する制御部と、を有し、前記第１膨張収縮部材と前記第２膨張収縮部材はともに前記制御部により膨張させた状態で互いに接触し、前記第２膨張収縮部材と前記第３膨張収縮部材はともに前記制御部により膨張させた状態で互いに接触するように配置され、前記第１膨張収縮部材と前記第３膨張収縮部材はともに前記制御部により膨張させた状態で互いに接触しないように配置された管内移動体用アクチュエータの制御方法であって、前記第１膨張収縮部材の膨張時における非膨張時からの伸長比に基づく前記第１膨張収縮部材の膨張範囲を予め格納した膨張範囲格納ステップと、前記膨張範囲にて前記第１膨張収縮部材を膨張させ、膨張時における前記第１膨張収縮部材の前記伸長比を所定伸長比以上とする膨張範囲制御ステップと、を備えたことを特徴とする。

請求項１０に記載の管内移動体用アクチュエータの制御方法のように、請求項９に記載の管内移動体用アクチュエータの制御方法であって、前記第１膨張収縮部材は、膨張して管内壁に接触した時に前記管内移動体と前記管内壁との間を埋める第１の部分と、前記管内壁と接触して推進力を発生させる第２の部分とを備え、その一部が前記管内移動体に固定され、前記第２膨張収縮部材による駆動によって前記第１膨張収縮部材の前記第１の部分が前記第２の部分になるようにして前記管内移動体と前記管内壁との相対位置を変化させるように制御することが好ましい。

請求項１１に記載の内視鏡は、請求項１ないし８のいずれか１つの管内移動体用アクチュエータを備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、膨張収縮部材の外部、特に管内壁に接触して係止する膨張収縮部材の外部に対して有効に力を発生させることができるという効果がある。

本発明の実施形態に係る電子内視鏡の構成を示す構成図 図１の電子内視鏡の挿入部の先端部の拡大断面図 第１及び第２駆動バルーン、係止バルーン及び保持バルーンの圧力を制御する図１のバルーン制御装置のブロック構成図 図３のバルーン制御装置による推進動作である正進動作のタイムチャート 図４に示す推進動作のタイムチャートに対応させて各バルーンの膨張及び縮の様子を示した概略断面図 図３のバルーン制御装置による逆進動作である正進動作のタイムチャート 図６に示す推進動作のタイムチャートに対応させて各バルーンの膨張及び縮の様子を示した概略断面図 図２の係止バルーンを球形風船モデルとした場合の圧力制御を説明するための図 図８の膨張制御に関して係止バルーンの伸張比λに対する内圧ｐ, 表面張力Ｔの関係を示す図

以下、添付図面を参照して、本発明に係る管内移動体用アクチュエータおよびその制御方法、内視鏡に関する実施形態について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の電子内視鏡１は、被検体の管内に挿入され当該管内を移動する管内移動体である挿入部１０と、挿入部１０の基端部分に連設された操作部１２とを備えている。挿入部１０の先端に連設された先端部１０ａには、被検体内の被観察部位の像光を取り込むための対物レンズと像光を撮像する撮像素子（いずれも図示せず）が内蔵されている。撮像素子により取得された被検体内の画像は、コード１４に接続されたプロセッサ装置のモニタ（いずれも図示せず）に内視鏡画像として表示される。

また、先端部１０ａには、被観察部位に光源装置（図示せず）からの照明光を照射するための照明窓や、鉗子口１６と連通した鉗子出口、送気・送水ボタン１２ａを操作することによって、対物レンズを保護する観察窓の汚れを落とすための洗浄水やエアーが噴射されるノズルなどが設けられている。

先端部１０ａの後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１０ｂが設けられている。湾曲部１０ｂは、操作部１２に設けられたアングルノブ１２ｂが操作されて、挿入部１０内に挿設されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部１０ａが被検体内の所望の方向に向けられる。

湾曲部１０ｂの後方には、可撓性を有する軟性部１０ｃが設けられている。軟性部１０ｃは、先端部１０ａが被観察部位に到達可能なように、且つ術者が操作部１２を把持して操作する際に支障を来さない程度に患者との距離を保つために、１〜数ｍの長さを有する。

先端部１０ａには、管内を移動する進行方向に並べて配置され、かつ固定された膨張収縮部材として、後述する第２膨張収縮部材としての第１駆動バルーン４２、第３膨張収縮部材としての第２駆動バルーン４６と第１膨張収縮部材としての係止バルーン４４が取り付けられている。第１駆動バルーン４２、第２駆動バルーン４６と係止バルーン４４は、おもに膨張収縮自在なラテックスゴムからなり、バルーン内の圧力を制御するバルーン制御装置１８に接続されている。

なお、先端部１０ａにおいて第１駆動バルーン４２と係止バルーン４４、及び係止バルーン４４と第２駆動バルーン４６は、それぞれ互いに隣接して配置され、挿入部１０の周方向に周全体に形成される。また、第１駆動バルーン４２、第２駆動バルーン４６と係止バルーン４４は挿入部１０の周方向に一様な形状として軸対称となっていてもよく、また、挿入部１０の周方向に一様な形状ではなく軸対称となっていなくてもよい。

また、第１駆動バルーン４２、第２駆動バルーン４６と係止バルーン４４は、湾曲部１０ｂや軟性部１０ｃに配置してもよい。

上記のように構成された電子内視鏡１で、例えば、大腸や小腸のように複雑に屈曲した管路の内壁面を観察する場合には、駆動バルーン２０と係止バルーン２２が収縮した状態で挿入部１０を被検体内に挿入し、光源装置を点灯して被検体内を照明しながら、撮像素子により得られる内視鏡画像をモニタで観察する。

先端部１０ａが管路に到達すると、バルーン制御装置１８により第１駆動バルーン４２、第２駆動バルーン４６と係止バルーン４４の膨張・収縮を制御して、管路の内壁面に押圧力を作用させる。これにより、管路の内壁面が手繰り寄せられ、挿入部１０が管路の内壁面に対し相対的に進行方向の前方または後方に推進する。

なお、推進動作のフローの詳しい説明は後述する。また、以下の説明において、先端部１０ａが進行方向の前方に推進する動作を正進動作とし、先端部１０ａが進行方向の後方に推進する動作を逆進動作とする。

次に、管内移動体用アクチュエータについて説明する。

図２は、本実施形態における挿入部１０の先端部１０ａの拡大断面図である。図２に示すように、本実施形態においては、挿入部１０の先端部１０ａに進行方向の前方から順に、第１駆動バルーン４２と係止バルーン４４と第２駆動バルーン４６の３つのバルーンが設けられている。

また、係止バルーン４４が管壁に接触していない時に、挿入部１０の先端部１０ａの位置を保持するための保持用膨張収縮部材としての保持バルーン２３も設けられている。なお、推進動作時においては、係止バルーン４４及び保持バルーン２３の少なくとも一方が膨張して管壁に当接して係止されるようになっている。

これら第１駆動バルーン４２、第２駆動バルーン４６、係止バルーン４４及び保持バルーン２３は、ともに全体が膨張収縮自在なラテックスゴムからなる。

係止バルーン４４は膨張時に管壁の内壁面に接して係止することができる膨張特性を有するバルーンであり、第１駆動バルーン４２及び第２駆動バルーン４６は膨張時であっても先端部１０ａが管路の断面の略中心位置に位置する限り管壁の内壁面に接しない膨張特性を有するバルーンである。

また、第１駆動バルーン４２、第２駆動バルーン４６及び係止バルーン２２は、互いに形状が異なることが好ましい。

なお、図２に示すように収縮時に係止バルーン４４が第１駆動バルーン４２あるいは第２駆動バルーン４６に必ずしも覆い被さっている必要はなく、後述するように、少なくとも係止バルーン４４が膨張して腸壁４０（図５参照）を係止した時に、係止バルーン４４が第１駆動バルーン４２あるいは第２駆動バルーン４６の少なくとも一方に覆い被さっていればよい。

また、図３は、第１駆動バルーン４２、第２駆動バルーン４６、係止バルーン４４及び保持バルーン２３の圧力を制御する制御部としてのバルーン制御装置１８のブロック構成図である。

図３に示すように、バルーン制御装置１８は、第１駆動バルーン４２、第２駆動バルーン４６、係止バルーン４４及び保持バルーン２３を個々に独立して内圧が調整できるバルブ開閉制御部３０と圧力制御部３２とを備えた構成となっている。

そして、バルーン制御装置１８において、第１駆動バルーン４２、第２駆動バルーン４６、係止バルーン４４及び保持バルーン２３は、バルブ開閉制御部３０と圧力制御部３２を介して、吸引ポンプ３４と吐出ポンプ３６が接続されている。

図２に示すように、先端部１０ａの内部には、第１駆動バルーン４２に連通し気体が送られる送気管４８と、係止バルーン４４に連通し気体が送られる送気管５０と、第２駆動バルーン４６に連通し気体が送られる送気管５２と、保持バルーン２３に連通し気体が送られる送気管２７が設けられている。これら送気管４８，５０，５２，２７は、湾曲部１０ｂ及び軟性部１０ｃ、コード１４（図１参照）の内部を通ってバルーン制御装置１８（図１，図３参照）に接続されている。

なお、後述する推進動作のフローは、バルブ開閉制御部３０によって各バルーンに接続されたバルブ（不図示）の開閉を制御し、圧力制御部３２によって吸引ポンプ３４と吐出ポンプ３６を制御することによって実行される。

また、圧力制御部３２は膨張範囲格納手段としての膨張範囲格納部３２ａ及び膨張範囲制御手段としての膨張範囲制御部３２ｂを備えている。この膨張範囲格納部３２ａは、係止バルーン４４の膨張時における非膨張時からの伸長比λが所定値以上となる使用範囲の情報（膨張範囲情報）、例えば伸長比λ≧１．５の領域とする膨張範囲情報と、該膨張範囲情報に関連付けられた送気流量情報とを予め格納している。そして、詳細は後述するが、膨張範囲制御部３２ｂは膨張範囲格納部３２ａから送気流量情報を読み出し、前記使用範囲となるように係止バルーン４４を流量制御するようになっている。

＜推進動作のフロー＞
「正進動作」
次に、本実施形態における推進動作のうちの正進動作について図４及び図５を用いて説明する。

図４は、推進動作における正進動作のタイムチャート図である。また、図５は、図４に示すタイムチャート図に対応させて、各バルーンの膨張および収縮の様子を示した概略断面図である。

まず、第１駆動バルーン４２と係止バルーン４４と第２駆動バルーン４６をともに収縮させた状態で、電子内視鏡１の先端部１０ａを測定対象（ここでは例えば、大腸とする）内に挿入している状態を考える。なお、このとき、保持バルーン２３を膨張させて腸壁４０に係止させておく。

そして、保持バルーン２３を膨張させ腸壁４０に係止させた状態を保持し、第１駆動バルーン４２と係止バルーン４４と第２駆動バルーン４６をともに収縮させた状態から、第２駆動バルーン４６に気体を充填して膨張させる（図４の工程Ａ）。この時のバルーンの膨張の様子は、図５（Ａ）のように表わすことができる。図５（Ａ）に示すように、第２駆動バルーン４６が膨張することにより、係止バルーン４４は第１駆動バルーン４２側に押し出され、第１駆動バルーン４２に覆い被さる状態になる。

次に、係止バルーン４４に気体を充填して膨張させて、係止バルーン４４を腸壁４０に係止させる（図４の工程Ｂ）。この時のバルーンの膨張および収縮の様子は、図５（Ｂ）のように表わすことができる。

また、ここで、係止バルーン４４において、膨張して腸壁４０に接触した時に挿入部１０と腸壁４０の間を埋める部分を第１の部分とし、腸壁４０に接触している部分を第２の部分として考える。

次に、保持バルーン２３と第２駆動バルーン４６から気体を吸引して収縮させる（図４の工程Ｃ）。この時のバルーンの収縮の様子は、図５（Ｃ）のように表わすことができる。

そして、第１駆動バルーン４２に気体を充填して膨張させる（図４の工程Ｄ）。この時のバルーンの膨張の様子は、図５（Ｄ）のように表わすことができる。

図５（Ｄ）に示されるように、第１駆動バルーン４２を膨張させていくことにより、第１駆動バルーン４２は係止バルーン４４を徐々に押圧していく。さらに、第２駆動バルーン４６を収縮させていくので、係止バルーン４４は、先端部１０ａの進行方向の後方に向かってその表面が腸壁４０に接した状態で順々に繰り出されるように押されていく、または、その表面を移動させるように押されていく。また、前記のように、係止バルーン４４において第１の部分と第２の部分を備えていると考えたときには、先端部１０ａの進行方向の前方側の第１の部分の腸壁４０側の一部が腸壁４０に接触して第２の部分になるように押されていく、と考えることができる。これにより、係止バルーン４４は、腸壁４０に対し先端部１０ａの進行方向の後方（図５(Ｄ)の黒矢印）に向かって押圧力を与える。

すなわち、係止バルーン４４がいわゆるキャタピラ（登録商標）のように（無限軌道のように）、腸壁４０を当接しながら先端部１０ａの進行方向の後方に向かって繰り出される。

そのため、腸壁４０は先端部１０ａの進行方向の後方に手繰り寄せられる。したがって、図５（Ｄ）の白矢印のように、電子内視鏡１の先端部１０ａは腸壁４０に対し相対的に進行方向の前方に推進（正進）する。

次に、保持バルーン２３に気体を充填して膨張させて腸壁４０に係止させる（図４の工程Ｅ）。この時のバルーンの膨張の様子は、図５（Ｅ）のように表わすことができる。

次に、保持バルーン２３を膨張させ腸壁４０に係止させた状態を保持し、第１駆動バルーン４２と係止バルーン４４から気体を吸引して収縮させる（図４の工程Ｆ）。この時のバルーンの収縮の様子は、図５（Ｆ）のように表わすことができる。

次に、第２駆動バルーン４６に気体を充填して膨張させる（図４の工程Ａ）ことにより、上記の図５（Ａ）で示した状態に戻る。

以降、正進動作を継続する場合には、図４の工程Ａ〜工程Ｆを繰り返す。

「逆進動作」
次に、本実施形態における推進動作のうちの逆進動作について図６及び図７を用いて説明する。

図６は、推進動作における逆進動作のタイムチャート図である。また、図７は、図６に示すタイムチャート図に対応させて、各バルーンの膨張および収縮の様子を示した概略断面図である。

まず、第１駆動バルーン４２と係止バルーン４４と第２駆動バルーン４６をともに収縮させた状態で、電子内視鏡１の先端部１０ａを測定対象（ここでは例えば、大腸とする）内に挿入している状態を考える。なお、このとき、保持バルーン２３を膨張させて腸壁４０に係止させておく。

そして、係止バルーン４４と第２駆動バルーン４６を収縮させた状態を保持し、第１駆動バルーン４２に気体を充填して膨張させる（図６の工程Ａ）。この時のバルーンの膨張の様子は、図７（Ａ）のように表わすことができる。図７（Ａ）に示すように、第１駆動バルーン４２が膨張することにより、係止バルーン４４は第２駆動バルーン４６側に押し出され、第２駆動バルーン４６に覆い被さる状態になる。

次に、係止バルーン４４に気体を充填して膨張させて、係止バルーン４４を腸壁４０に係止させる（図６の工程Ｂ）。この時のバルーンの膨張の様子は、図７（Ｂ）のように表わすことができる。また、ここで、係止バルーン４４において、腸壁４０に接触した時に挿入部１０と腸壁４０の間を埋める部分を第１の部分とし、腸壁４０に接触している部分を第２の部分として考える。

次に、保持バルーン２３と第１駆動バルーン４２から気体を吸引して収縮させる（図６の工程Ｃ）。この時のバルーンの収縮の様子は、図７（Ｃ）のように表わすことができる。

続いて、第２駆動バルーン４６に気体を充填して膨張させる（図６の工程Ｄ）。この時のバルーンの膨張の様子は、図７（Ｄ）のように表わすことができる。

図７（Ｄ）に示すように、第２駆動バルーン４６を膨張させていくことにより、第２駆動バルーン４６は係止バルーン４４を徐々に押圧していく。そして、係止バルーン４４は、先端部１０ａの進行方向の前方に向かってその表面が順々に繰り出されるように押されていく、または、その表面を移動させるように押されていく。また、前記のように、係止バルーン４４において第１の部分と第２の部分を備えていると考えたときには、先端部１０ａの進行方向の後方側の第１の部分の腸壁４０側の一部が腸壁４０に接触して第２の部分になるように押されていく、と考えることができる。これにより、係止バルーン４４は、腸壁４０に対し先端部１０ａの進行方向の前方（図７（Ｄ）の黒矢印）に向かって押圧力を与える。

すなわち、係止バルーン４４がいわゆるキャタピラ（登録商標）のように（無限軌道のように）、腸壁４０を当接しながら先端部１０ａの進行方向の前方に向かって繰り出される。

そのため、腸壁４０は先端部１０ａの進行方向の前方に手繰り寄せられる。したがって、図７（Ｄ）の白矢印のように、電子内視鏡１の先端部１０ａは腸壁４０に対し相対的に進行方向の後方に推進（逆進）する。

次に、保持バルーン２３から気体を吸引して収縮させて、保持バルーン２３を腸壁４０から離間させる（図６の工程Ｅ）。この時のバルーンの収縮の様子は、図７（Ｅ）のように表わすことができる。

次に、係止バルーン４４と第２駆動バルーン４６から気体を吸引して収縮させる（図６の工程Ｆ）。この時のバルーンの収縮の様子は、図７（Ｆ）のように表わすことができる。

以降、逆進動作を継続する場合には、図６の工程Ａ〜工程Ｆを繰り返す。

次にバルーン制御装置１８の圧力制御部３２（図３参照）による、係止バルーン４４の膨張制御について説明する。

ここで、係止バルーン４４が膨らむときの表面張力Ｔおよび内部圧力（内圧）ｐについて、図８及び図９を用いて説明する。図８は係止バルーンを球形風船モデルとした場合の膨張制御を説明するための図である。図９は図８の膨張制御に関して係止バルーンの伸張比λに対する内圧ｐ, 表面張力Ｔの関係を示す図である。

なお、以下の（ａ）、（ｂ）を仮定する。
（ａ）係止バルーン４４は球体である
（ｂ）係止バルーン４４の材質としての使用するゴム材料は、２軸引張時の公称応力と伸張比のグラフが直線に乗る
図８に示すように、
ｐ: 係止バルーン４４の内圧 [ｋＰａＧk]
Ｔ: 係止バルーン４４の表面張力[Ｎ／ｍ]
σ: 係止バルーン４４の面内方向応力
Ｅ: ２軸引張時の伸長比と真応力の傾き[Ｍｐａ]
ｒ₀: 係止バルーン４４の膨張前半径[ｍ]
ｒ₁: 係止バルーン４４の膨張後半径[ｍ]
ｔ₀: 係止バルーン４４の膨張前厚み[ｍ]
ｔ₁: 係止バルーン４４の膨張後厚み[ｍ]
λ: 伸張比（＝ｒ₁/ｒ₀）
としたとき、以下の式（１）〜式（５）が成立する。

ここで、式（１）〜式（５）より、内圧ｐ, 表面張力Ｔは、以下の式（６）及び式（７）のように表せ、伸張比λに対する内圧ｐ, 表面張力Ｔのグラフは図９に示される。

このとき、式（６）及び式（７）をr₁で微分すると以下の式（８）及び式（９）のようになる。

式（８）及び式（９）よりゴムの物性値と関わりなく、表面張力Ｔは伸長比λ＝２のとき、内圧ｐは伸長比λ＝１．５のときで、それぞれ極大となることがわかる。ただし、現実のゴムでは伸長比と公称応力の関係が直線状とならないことから、伸長比λがもう少し小さい数値で極値が現れると考えられる。

そこで、本実施形態においては、バルーン制御装置１８の圧力制御部３２は、係止バルーン４４の制御として、膨張範囲格納部３２ａ及び膨張範囲制御部３２ｂにより、係止バルーン４４の伸長比λを所定値以上の使用範囲にて係止バルーン４４の膨張を制御する。

具体的な一例として、圧力制御部３２は、図９に示すように、例えば、係止バルーン４４の内圧ｐが極大となる伸長比が１．５の場合、係止バルーン４４の伸長比λが１．５以上の領域を使用範囲（膨張範囲）とし、膨張範囲制御部３２ｂがこの使用範囲の情報である膨張範囲情報と関連付けられて予め格納されている送気流量情報を膨張範囲格納部３２ａから読み出し、この送気流量情報により係止バルーン４４の膨張を流量制御する。

一般にバルーンの膨張において、伸長比λが所定の値までは膨張すればするほど内外の圧力差が増大し、所定の値に達するとその後は膨張に伴い圧力が減少してゆく（図９参照）。

係止バルーン４４を管内で膨らませると、管の内壁に当たった時点で、それを避けて他の部分が膨張し始める。その後、伸長比がこの所定の値を超えた領域に入ると、同じ圧力を維持したままでも係止バルーン４４が管の内壁に沿って成長し始め、管の内壁面との間で大きな接触面積を確保することができる。

本実施形態では、圧力制御部３２の膨張範囲制御部３２ｂは、膨張範囲格納部３２ａに格納されている係止バルーン４４の伸長比λが所定値以上の使用範囲、例えば伸長比λ≧１．５の領域となる使用範囲となる送気流量情報を読み出し、この送気流量情報により係止バルーン４４の膨張を流量制御するので、弱い圧力でも係止バルーン４４と管の内壁面の間で大きな係止力を発生させることができる。

なお、前記使用範囲は、伸長比λ≧１．５の領域に限らず、係止バルーン４４の伸長比と公称応力の関係に基づき内圧ｐが極大となる伸長比がλ₀の場合、伸長比λ≧λ₀の領域となる使用範囲とすればよい。

この場合、該使用範囲に基づく送気流量情報を膨張範囲格納部３２ａに予め格納しておくことで、膨張範囲制御部３２ｂは、膨張範囲格納部３２ａから送気流量情報を読み出し、この送気流量情報により係止バルーン４４の膨張を流量制御する。

以上、本発明の管内移動体用アクチュエータおよびその制御方法、内視鏡について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１…電子内視鏡、１０…挿入部、１０ａ…先端部、１８…バルーン制御装置、４４…係止バルーン、２３…保持バルーン、３２…圧力制御部、３２ａ…膨張範囲格納部、３２ｂ…膨張範囲制御部、４２…第１駆動バルーン、４６…第２駆動バルーン

Claims (11)

1. 管内移動体に設けられ管内移動方向に並べて配置された第１膨張収縮部材と第２膨張収縮部材と第３膨張収縮部材と、
   前記第１膨張収縮部材と前記第２膨張収縮部材と前記第３膨張収縮部材の膨張収縮を制御する制御部と、を有し、
   前記第１膨張収縮部材と前記第２膨張収縮部材はともに前記制御部により膨張させた状態で互いに接触し、前記第１膨張収縮部材と前記第３膨張収縮部材はともに前記制御部により膨張させた状態で互いに接触するように配置され、
   前記第２膨張収縮部材と前記第３膨張収縮部材はともに前記制御部により膨張させた状態で互いに接触しないように配置されており、
   前記制御部は、
   前記第１膨張収縮部材の膨張時における非膨張時からの伸長比に基づく前記第１膨張収縮部材の膨張範囲を予め格納した膨張範囲格納手段と、前記膨張範囲にて前記第１膨張収縮部材を膨張させ、膨張時における前記第１膨張収縮部材の前記伸長比を所定伸長比以上とする膨張範囲制御手段と、を備えた
   ことを特徴とする管内移動体用アクチュエータ。
2. 前記第１膨張収縮部材は、膨張して管内壁に接触した時に前記管内移動体と前記管内壁との間を埋める第１の部分と、前記管内壁と接触して推進力を発生させる第２の部分とを備え、その一部が前記管内移動体に固定され、
   前記制御部は、
   前記第２膨張収縮部材による駆動によって前記第１膨張収縮部材の前記第１の部分が前記第２の部分になるようにして前記管内移動体と前記管内壁との相対位置を変化させるように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の管内移動体用アクチュエータ。
3. 前記所定伸長比は、前記第１膨張収縮部材の内圧が極大となる伸長比である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の管内移動体用アクチュエータ。
4. 前記所定伸長比は１．５である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の管内移動体用アクチュエータ。
5. 膨張して管内壁に接触した時に管内移動体と前記管内壁との間を埋める第１の部分と、前記管内壁と接触して推進力を発生させる第２の部分とを備え、その一部が前記管内移動体に固定された第１膨張収縮部材と、
   前記第１膨張収縮部材を駆動させる第２膨張収縮部材と、
   膨張して管内壁に接触する保持用膨張収縮部材と、
   前記第１膨張収縮部材、前記第２膨張収縮部材及び前記保持用膨張収縮部材を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記第１膨張収縮部材の膨張時における非膨張時からの伸長比に基づく前記第１膨張収縮部材の膨張範囲を予め格納した膨張範囲格納手段と、前記膨張範囲にて前記第１膨張収縮部材を膨張させ、膨張時における前記第１膨張収縮部材の前記伸長比を所定伸長比以上とする膨張範囲制御手段と、を備え、前記第１膨張収縮部材または前記保持用膨張収縮部材の少なくともいずれか一方を膨張させて前記管内壁に係止させた状態を保持すると共に、前記第２膨張収縮部材による駆動によって前記第１膨張収縮部材の前記第１の部分が前記第２の部分になるようにして前記管内移動体と前記管内壁との相対位置を変化させるように制御する
   ことを特徴とする管内移動体用アクチュエータ。
6. 前記管内移動体に設けられ管内移動方向に前記第１膨張収縮部材、前記第２膨張収縮部材および前記保持用膨張収縮部材とともに並べて配置されるものであって、前記第２膨張収縮部材に対して前記第１膨張収縮部材を挟んで反対側に配置される第３膨張収縮部材を有すること、
   を特徴とする請求項５に記載の管内移動体用アクチュエータ。
7. 前記所定伸長比は、前記第１膨張収縮部材の内圧が極大となる伸長比である
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の管内移動体用アクチュエータ。
8. 前記所定伸長比は１．５である
   ことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の管内移動体用アクチュエータ。
9. 管内移動体に設けられ管内移動方向に順に並べて配置された第１膨張収縮部材と第２膨張収縮部材と第３膨張収縮部材と、前記第１膨張収縮部材と前記第２膨張収縮部材と前記第３膨張収縮部材の膨張収縮を制御する制御部と、を有し、前記第１膨張収縮部材と前記第２膨張収縮部材はともに前記制御部により膨張させた状態で互いに接触し、前記第２膨張収縮部材と前記第３膨張収縮部材はともに前記制御部により膨張させた状態で互いに接触するように配置され、前記第１膨張収縮部材と前記第３膨張収縮部材はともに前記制御部により膨張させた状態で互いに接触しないように配置された管内移動体用アクチュエータの制御方法であって、
   前記第１膨張収縮部材の膨張時における非膨張時からの伸長比に基づく前記第１膨張収縮部材の膨張範囲を予め格納した膨張範囲格納ステップと、前記膨張範囲にて前記第１膨張収縮部材を膨張させ、膨張時における前記第１膨張収縮部材の前記伸長比を所定伸長比以上とする膨張範囲制御ステップと、を備えた
   ことを特徴とする管内移動体用アクチュエータの制御方法。
10. 前記第１膨張収縮部材は、膨張して管内壁に接触した時に前記管内移動体と前記管内壁との間を埋める第１の部分と、前記管内壁と接触して推進力を発生させる第２の部分とを備え、その一部が前記管内移動体に固定され、
    前記第２膨張収縮部材による駆動によって前記第１膨張収縮部材の前記第１の部分が前記第２の部分になるようにして前記管内移動体と前記管内壁との相対位置を変化させるように制御する
    ことを特徴とする請求項９に記載の管内移動体用アクチュエータの制御方法。
11. 請求項１ないし８のいずれか１つの管内移動体用アクチュエータを備えたことを特徴とする内視鏡。

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