JP2013052188A

JP2013052188A - 管路内を進行する推進機構の推進方法、及び、流体供給装置

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Publication number: JP2013052188A
Application number: JP2011194070A
Authority: JP
Inventors: Taro Nakamura; 太郎中村; Masato Yokoshima; 真人横島; Kazuki Adachi; 和紀安達; Yuya Hidaka; 裕也樋▲高▼; Ryuichi Yanagida; 隆一柳田
Original assignee: Chuo University
Current assignee: Chuo University
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-09-06
Also published as: JP5863006B2

Abstract

【課題】粘性や弾性に富んだ管路内を推進する推進機構に好適に採用可能であって、高い粘性及び弾性に起因する管路の内壁面の纏わり付きや巻き込み等、壁面が推進機構の推進を妨げることを確実に防止可能な推進機構の推進方法、及び該方法に好適な流体供給装置を提供する。
【解決手段】駆動体の一部を管路の内壁面と密着状態とし、他部を非密着状態とし、両状態を繰り返して管路内を一方向に進行する推進機構の推進方法であって、密着状態にある駆動体の一部よりも進行方向側又は進行方向逆側の内壁面に向けて流体を噴射する態様とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、推進機構に関し、特に管路内を進行する推進機構に好適な推進方法、及び該推進方法に好適な流体供給装置に関する。

従来、管路の一例として、例えば生体の大腸を検査するに際しては、先端部に撮像部や照明部を搭載した内視鏡を挿入し、大腸内の内視鏡から接続されたケーブルを外部から操作することにより、複雑に湾曲する大腸内をくまなく検査する手法がとられている。しかしながら、大腸は、例えばＳ状結腸や横行結腸に代表されるように、複雑に湾曲するとともに、下方に弛んだ部位が存在するため、外部から内視鏡を操作して上記結腸を通過させるためには、相当な時間と熟練を要し、検査が効率的に行えないという問題があった。
そこで、近年においては内視鏡を始めとする検査装置の管路内における推進を補助する推進機構の開発が進められており、外部からの操作を要せずに管路内を能動的に推進可能な推進機構が提案されている。

特開２００９−２４０７１３号公報特表２００９−５１３２５０号公報

特許文献１に開示された推進機構は、駆動部としての複数の伸縮体を管路の延長方向に沿って連続して順に駆動することにより、駆動部の外周面と密着する管路の内周面との間に生じる摩擦力を得て、管路内を推進する構成である。また、特許文献２に開示された推進機構は、袋状に形成された複数のトロイドを同一方向に回転動作させることにより、トロイドの外周面と密着する管路の内周面との間に生じる摩擦力を得て、管路内を推進する構成である。上記各特許文献に記載された推進装置は、共に管路を能動的に推進し、内視鏡等の検査機器の推進を補助する点で共通するものではあるが、上記装置の構成では、大腸などの複雑に入り組んだ管路内を効率的に推進できるとは言い難い。

即ち、例えば大腸等、一部の管路の内壁面は、粘性及び弾性が極めて高く、さらには延長方向に沿って無数のヒダが形成されているため、例えば特許文献１に開示された推進機構を大腸内に挿入して、複数の伸縮体を連続して駆動した場合、一部の伸縮体の伸縮時において、他の複数の収縮体の外周面に大腸の内壁面が纏わり付いた状態となり、さらに無数のヒダの引っ掛かりにより大腸自体が伸縮動作に追従して延長方向に伸縮するように動くため、相対的に大腸内を進行し難いという不都合が生じる。
また、特許文献２に開示された推進機構にあっては、袋状に形成された複数のトロイドを回転動作させる構成であるため、トロイドの進行方向逆側に存在する大腸の内壁面がトロイドの回転によって巻き込まれた状態となり易く、進行が困難となる場合や、進行と後退を繰り返して巻き込みを回避しながら進行する必要が生じるという不都合が存在する。

本発明は、上述した大腸に代表されるような粘性や弾性に富んだ管路内を推進する推進機構に好適に採用可能であって、高い粘性及び弾性に起因する管路の内壁面の纏わり付きや巻き込み等、壁面が推進機構の推進を妨げることを確実に防止可能な推進機構の推進方法、及び該方法に好適な流体供給装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための推進方法に係る発明として、駆動体の一部を管路の内壁面と密着状態とし、他部を非密着状態とし、両状態を繰り返して管路内を一方向に進行する推進機構の推進方法であって、密着状態にある駆動体の一部よりも進行方向側又は進行方向逆側の内壁面に向けて流体を噴射する態様とした。
本態様に係る推進方法によれば、密着状態にある駆動体の一部よりも進行方向側又は進行方向逆側の内壁面に向けて流体が噴射されることにより、内壁面と密着状態にある駆動体以外の駆動体の周囲に存在する内壁面が離間する方向に拡大するため、推進に必要な駆動体の一部における密着状態を確保しつつ、駆動体の他部における非密着状態を確実に確保できる。即ち、推進機構の進行を阻害する内壁面との摩擦を低減するとともに、内壁面の巻き込みを確実に防止することが可能となる。
また、他の推進方法として、駆動体を管路の半径方向外側に膨張する伸縮体として、当該伸縮体の膨張開始とともに膨張を開始した伸縮体よりも進行方向側又は進行方向逆側の内壁面に向けて流体を噴射する態様とした。
本態様によれば、内壁面と密着状態にある伸縮体以外の伸縮体の周囲に存在する内壁面が離間する方向に拡大するため、推進に必要な伸縮体の一部における密着状態を確保しつつ、伸縮体の他部における非密着状態を確実に確保できる。
また、他の推進方法として、駆動体を管路の延長方向に沿って回転する袋体として、当該袋体の回転中に袋体よりも進行方向逆側の内壁面に向けて流体を噴射する態様とした。
本態様によれば、進行方向逆側に存在する内壁面が袋体から離間する方向に拡大するため、内壁面と密着状態にある袋体以外の袋体の周囲に内壁面が纏わり付くことを防止でき、袋体の回転により壁面が巻き込まれることを確実に防止できる。
また、上記課題を解決するための流体供給装置の態様として、管状体と、当該管状体内に挿通され、一端部が管状体の周面に形成された供給孔と接続されるチューブと、チューブの他端部と接続され、チューブ内に流体を供給する流体供給源と、管状体の外周面における供給孔と対応する位置に被着された流体噴射カバーとを備え、流体噴射カバーにおける推進機構の進行方向側又は進行方向逆側の端部がチューブ内に供給された流体の圧力により開放可能に被着された構成とした。
本構成によれば、流体供給源からチューブ内に供給された流体が、流体噴射カバーにおける推進機構の進行方向側又は進行方向逆側の端部から噴射されることから、内壁面と密着状態にある駆動体以外の駆動体の周囲に存在する内壁面を離間する方向に拡大させることができる。
なお、本明細書における管路とは、流体の噴射により拡大し得る内壁面を有するものであれば、その種類は問わない。例えば、口腔、咽頭、食道、胃、小腸、大腸等の概ね管状な空間を有する臓器の他、軟性部材により製造されたパイプ等の工業製品等をも含む。また、管路の内壁面は必ずしも粘性や弾性を有するものでなくともよい。

推進機構の一例を示す概略図である。コネクトチューブ，流体噴射カバーを示す径方向断面図である。推進方法の一例を示す模式図である。他の形態に係る推進機構を示す概略断面図である。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。

図１は、本発明に係る推進方法及び流体供給装置を好適に適用可能な推進機構の一例を示す概略図である。同図において推進機構１０は、矢印に示す方向に向かって推進するものとし、矢印が示す方向と同一方向を前方、逆方向を後方として説明する。
同図において推進機構１０は、複数の駆動体として構成された伸縮ユニット１０Ａ乃至１０Ｄを管路の延長方向（軸方向）沿って伸縮動作させることによりミミズの移動を模した蠕動運動を行い、内部に挿入された内視鏡等の推進を補助する装置である。同図において推進機構１０は、その内部空間に内視鏡の挿入ケーブル、及び、各伸縮ユニット１０Ａ乃至１０Ｄを伸縮動作させる空気を供給する駆動用エアチューブ１５Ａ乃至１５Ｄを挿入可能なオーバーチューブ１２Ａ乃至１２Ｄと、各オーバーチューブ１２Ａ乃至１２Ｄの間に接続されたコネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃとを備える。

オーバーチューブ１２Ａ乃至１２Ｄ、及び、コネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃは、軸方向に沿って伸縮自在な蛇腹構造を有する両端開口の管状体であって、先端部より順に第１フランジ１６Ａ乃至第７フランジ１６Ｇによって接続される。推進機構１０の進行方向最前に位置するオーバーチューブ１２Ａの前端部は、後方が開口したキャップ１８の開口部１８Ａと嵌合して閉塞されている。また、オーバーチューブ１２Ａの後端部は、オーバーチューブ１２Ａの外周面を囲繞する環状の第１フランジ１６Ａの前端部と嵌合している。なお、図示は省略するが、オーバーチューブ１２Ａ乃至１２Ｄ、及び、コネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃ内に挿入される内視鏡の挿入ケーブルの先端部は、キャップ１８の先端部より、前方に突出した状態で保持され、該先端部に搭載された光源及び撮像装置により管路５の内壁面５Ａの状態を管路５外に設けられた図外のモニター等に写し出す。

オーバーチューブ１２Ａ；１２Ｂの間に位置するコネクトチューブ１３Ａの前端部は、第１フランジ１６Ａの後端部と嵌合し、コネクトチューブ１３Ａの後端部は、第２フランジ１６Ｂの前端部と嵌合している。以下、オーバーチューブ１２Ｂ乃至１２Ｄ、コネクトチューブ１３Ｂ；１３Ｃが順に第２フランジ１６Ｂ乃至第７フランジ１６Ｇによりそれぞれ一体に接続される。なお、各オーバーチューブ１２Ａ乃至１２Ｄ及びコネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃを第１フランジ１６Ａ乃至第７フランジ１６Ｇによって個別に接続するものとしたが、単一のチューブによって構成してもよい。

上記オーバーチューブ１２Ａ乃至１２Ｄ及びコネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃによって一体に構成された管状の内部空間には、例えばポリ塩化ビニル等の可撓性部材によって形成された破線で示す駆動用エアチューブ１５Ａ乃至１５Ｄ、及び、一点鎖線で示す噴射用エアチューブ２０Ａ乃至２０Ｃが挿通される。

図２（ａ），（ｂ）は、コネクトチューブ１３Ａを中心とする径方向断面図である。同図に示すように駆動用エアチューブ１５Ａは、先端部が第１フランジ１６Ａまで到達し、第１フランジ１６Ａに形成された接続口１７に嵌入されて接続される。駆動用エアチューブ１５Ｂは、先端部が第３フランジ１６Ｃまで到達し、上記第１フランジ１６Ａに形成された接続口１７と同一構成の図外の接続口に嵌入されて接続される。駆動用エアチューブ１５Ｃは、先端部が第５フランジ１６Ｅまで到達し、前記同様に図外の接続口を介して接続される。駆動用エアチューブ１５Ｄは、先端部が第７フランジ１６Ｇまで到達し、前記同様に図外の接続口を介して接続される。各フランジに形成された接続口は図２の接続口１７が示すとおり、フランジの周面に開設された供給孔２１と連通している。駆動用エアチューブ１５Ａ乃至１５Ｄの後端部は、後述する空気供給源としてのエアコンプレッサ１０１と、供給バルブ１０２Ａ乃至１０２Ｄ及び開放バルブ１０３Ａ乃至１０３Ｄを介して接続されており、エアコンプレッサ１０１から供給された空気は、供給孔２１を経て、各伸縮ユニット１０Ａ乃至１０Ｄのチャンバー２７Ａ乃至２７Ｄ内に供給される。

図２に示すように、噴射用エアチューブ２０Ａは、先端部が第２フランジ１６Ｂに嵌合するコネクトチューブ１３Ａの後端部まで到達し、コネクトチューブ１３Ａの周面に開設された供給孔１４に嵌入される。噴射用エアチューブ２０Ｂは、先端部が第４フランジ１６Ｄに嵌合するコネクトチューブ１３Ｂの後端部まで到達し、上記コネクトチューブ１３Ａに形成された供給孔１４と同一構成の図外の接続孔に嵌入される。噴射用エアチューブ２０Ｃは、先端部が第６フランジ１６Ｆに嵌合するコネクトチューブ１３Ｃの後端部まで到達し、上記コネクトチューブ１３Ａに形成された供給孔１４と同一構成の図外の接続孔に嵌入される。
噴射用エアチューブ２０Ａ乃至２０Ｃの後端部は、駆動用エアチューブ１５Ａ乃至１５Ｄと同様にエアコンプレッサ１０１と供給バルブ１０４Ａ乃至１０４Ｃを介して接続されており、エアコンプレッサ１０１から供給された空気は、供給孔１４を経由してコネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃの外部に供給される。

次に、オーバーチューブ１２Ａ乃至１２Ｄ及びコネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃによって一体に構成された管体の外部の形態について説明する。図１，図２に示すように、オーバーチューブ１２Ａ乃至１２Ｄには、弾性体よりなる伸縮体２５Ａ乃至２５Ｄが外周面を覆うように被着される。伸縮体２５Ａ乃至２５Ｄは、両端開口の略筒状体であって、例えば合成ゴムや天然ゴム等からなる弾性体内に、一方向に延在するガラスロービングやカーボンロービング複数の繊維を内包する。

伸縮体２５Ａは、繊維の延在方向が進行方向と同一方向となる状態で、両端部がキャップ１８の外周上に形成された溝部１８Ｂ、及び、第１フランジ１６Ａの外周上に形成された溝部１９に対応する位置で例えばピアノ線のような固定手段を介して強固に括られる。オーバーチューブ１２Ａの外周面を覆う伸縮体２５Ａが設けられることにより、オーバーチューブ１２Ａの外周面と伸縮体２５Ａの内周面との間に密閉空間としてのチャンバー２７Ａが形成され、オーバーチューブ１２Ａ、キャップ１８、第１フランジ１６Ａ及び伸縮体２５Ａによって駆動体としての伸縮ユニット１０Ａが構成される。

伸縮体２５Ｂは、伸縮体２５Ａと同様に繊維の延在方向が進行方向と同一方向となる状態で、両端部が第２フランジ１６Ｂ；第３フランジ１６Ｃの溝部１９に対応する位置で括られて強固に固定される。オーバーチューブ１２Ｂを覆う伸縮体２５Ｂが設けられることにより、オーバーチューブ１２Ｂの外周面と伸縮体２５Ｂの内周面との間に密閉空間としてのチャンバー２７Ｂが形成され、オーバーチューブ１２Ｂ、第２フランジ１６Ｂ、第３フランジ１６Ｃ、及び伸縮体２５Ｂによって駆動体としての伸縮ユニット１０Ｂが構成される。
以下同様に、伸縮体２５Ｃ；２５Ｄは、第４フランジ１６Ｄ；第５フランジ１６Ｅ、及び、第６フランジ１６Ｆ；第７フランジ１６Ｇを介してオーバーチューブ１２Ｃ；１２Ｄを覆うように固定され、チャンバー２７Ｃ；２７Ｄを備えた伸縮ユニット１０Ｃ；１０Ｄとして構成される。つまり、本実施形態に係る推進機構１０は、駆動部として構成された複数の伸縮ユニット１０Ａ乃至１０Ｄを備えており、該伸縮ユニット１０Ａ乃至１０Ｄを連続して駆動させることにより管路５内を推進する機構である。なお、具体的な推進方法については後述する。

図１，図２に示すように、コネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃの外周面には、弾性体よりなる流体噴射カバー３０Ａ乃至３０Ｃが周囲を覆うように被着される。なお、コネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃ及び流体噴射カバー３０Ａ乃至３０Ｃの構成は同一構成であるので、図２においてはコネクトチューブ１３Ａ及び流体噴射カバー３０Ａを代表として図示している。流体噴射カバー３０Ａ乃至３０Ｃは、コネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃと同様に、両端開口の管状体であって、通常時においては、その弾性力によりコネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃの外周面に略密着した状態で被着される。

流体噴射カバー３０Ａは、第２フランジ１６Ｂの溝部１９を基端として前方に位置する第１フランジ１６Ａの後端部まで延長する。第２フランジ１６Ｂの溝部１９に位置する流体噴射カバー３０Ａの基端部（後端部）は、接着材等の固定手段により、第２フランジ１６Ｂの溝部１９の表面と強固に結合される。一方、流体噴射カバー３０Ａの自由端部（前端部）は、後端部とは異なり、固定手段を介することなく弾性力のみによって第１フランジ１６Ａの後端部と略密着した状態とされる。

流体噴射カバー３０Ｂは、第４フランジ１６Ｄの溝部１９を基端として前方に位置する第３フランジ１６Ｃの後端部まで延長する。上記流体噴射カバー３０Ａと同様に、第４フランジ１６Ｄの溝部１９に位置する流体噴射カバー３０Ｂの基端部は、第４フランジ１６Ｄの溝部１９の表面と強固に結合される。一方で、流体噴射カバー３０Ｂの自由端部（前端部）は、固定手段を介することなく弾性力のみによって第３フランジ１６Ｃの後端部と略密着した状態とされる。流体噴射カバー３０Ｃについても同様に、基端部が第６フランジ１６Ｆの溝部１９の表面と強固に結合され、自由端部が弾性力によって第５フランジ１６Ｅの後端部と略密着した状態とされる。
なお、各流体噴射カバー３０Ａ乃至３０Ｃの自由端部については必ずしも密着した状態とさせる必要はなく、例えば流体噴射カバー３０Ａ乃至３０Ｃの基端部から自由端部に亘る周面をテーパ状として、空気が噴射される角度を自在に調整することも可能である。

コネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃの外周面に流体噴射カバー３０Ａ乃至３０Ｃが設けられたことにより、推進機構１０の周囲に存在する管路５の内壁面５Ａに向けて流体を供給可能な流体供給装置が構成される。つまり、図２に示すように、本実施形態に係る流体供給装置は、複数の駆動ユニット１０Ａ；１０Ｂ間に設けられたコネクトチューブ１３Ａ（１３Ｂ；１３Ｃ）、コネクトチューブ１３Ａ内に挿通される噴射用エアチューブ２０Ａ（２０Ｂ；２０Ｃ）、及び、コネクトチューブ１３Ａの外周面上を覆う流体噴射カバー３０Ａ（３０Ｂ；３０Ｃ）とを備え、噴射用エアチューブ２０Ａを介して外部から供給される空気等の流体は、コネクトチューブ１３Ａに開設された供給孔１４を介してコネクトチューブ１３Ａの外部に流出する。さらに、供給孔１４からコネクトチューブ１３Ａの外部に流出した流体は、コネクトチューブ１３Ａの外周面及び流体噴射カバー３０Ａの内周面により形成された流体供給路２６を経由して流体噴射カバー３０Ａの自由端部側より噴射される。

つまり、流体の流出方向は、流体噴射カバー３０Ａの基端部が溝部１９の位置において強固に結合されていることにより、流体噴射カバー３０Ａの自由端側に向かう方向に限定されるため、図２（ｂ）の矢印に示すように、流体供給路２６を自由端側に向かって流出する流体は、流体噴射カバー３０Ａの自由端部を開け広げて開放し、コネクトチューブ１３Ａよりも前方に存在する管路５の内壁面５Ａに向けて噴射される。
このように、流体噴射カバー３０Ａの基端部を空気の圧力によって開放不能に設け、自由端部を空気の圧力によって開放可能に設けたことにより、自由端部の向きにより空気が噴射される方向（進行方向側又は進行方向逆側）を自在に調整することが可能となる。

図２（ｂ）に示すように、流体噴射カバー３０Ａの自由端側から前方に向けて噴射された流体は、コネクトチューブ１３Ａの前方に位置する伸縮ユニット１０Ａを構成する伸縮体２５Ａの外周面に纏わり付く管路５の内壁面５Ａを拡径させるように作用し、内壁面５Ａを伸縮体２５Ａから離間させる方向に押し拡げる。このように、流体供給装置により、内壁面５Ａに向けて空気を噴射することによって、推進機構１０の円滑な推進を阻害する摩擦力が作用することを効果的に低減することが可能となる。

以下、図３を参照して上記流体供給装置が組み込まれた推進機構１０の推進方法の一例について説明する。
図３は、推進機構１０が備える複数の駆動部としての伸縮ユニット１０Ａ乃至１０Ｄの動作及び流体供給装置の動作を示す模式図である。同図に示すように、伸縮ユニット１０Ａ乃至１０Ｄを構成する駆動用エアチューブ１５Ａ乃至１５Ｄは、制御装置１００内に設置されたエアコンプレッサ１０１と供給バルブ１０２Ａ乃至１０２Ｄ及び開放バルブ１０３Ａ乃至１０３Ｄを介して接続されている。また、流体供給装置を構成する噴射用エアチューブ２０Ａ乃至２０Ｃは、エアコンプレッサ１０１と供給バルブ１０４Ａ乃至１０４Ｃを介して接続されている。
制御装置１００は、図外のキーボード等の入力手段、ＣＰＵ等の演算手段、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶手段、及び上述の供給バルブ１０２Ａ乃至１０２Ｄ、開放バルブ１０３Ａ乃至１０３Ｄ及び供給バルブ１０４Ａ乃至１０４Ｃに制御信号を出力可能な出力手段を備えており、ＲＯＭ内に格納された制御プログラムに従って、推進機構１０の複数の駆動部を構成する伸縮ユニット１０Ａ乃至１０Ｄの動作タイミング、及び、流体供給装置の噴射動作のタイミングを制御する。

図３（ａ）に示すように、推進機構１０の管路５内における推進は、制御装置１００が各伸縮ユニット１０Ａ乃至１０Ｄに空気が供給されていない初期状態から、供給バルブ１０２Ａを開放状態とし、エアコンプレッサ１０１からの空気を駆動用エアチューブ１５Ａを介して第１の伸縮ユニット１０Ａに送り込む。第１の伸縮ユニット１０Ａ内に空気が送り込まれると、空気は第１フランジ１６Ａに形成された接続口１７を経由してチャンバー２７Ａ内に流れ込む。空気がチャンバー２７Ａ内に流れ込むと、伸縮ユニット１０Ａを構成する伸縮体２５Ａは、複数の繊維により軸方向への膨張が拘束されていることにより、径方向外側に拡径するとともに、軸方向に沿って収縮するように膨張する。そして、膨張した伸縮体２５Ａの外表面は、管路５を径方向外側に拡径しながら内壁面５Ａと密着した状態となり、伸縮体２５Ａと内壁面５Ａとの間に推進に必要な摩擦力が生じる。

また、制御装置１００は、空気の供給から所定時間経過後に密着状態にある伸縮体２５Ａ内の空気を放出し、伸長状態に復帰させる。具体的には、開放バルブ１０３Ａを開放状態とし、チャンバー２７Ａ内に供給された空気を大気に放出することにより、収縮状態にある伸縮体２５Ａを徐々に伸長させる。伸縮体２５Ａが伸長状態に復帰することにより内壁面５Ａとの密着状態が解除される。

また、図３（ａ）に示すように、制御装置１００は、伸縮体２５Ａ内の空気放出時期よりも前又は略同時期に第２の伸縮ユニット１０Ｂを構成する伸縮体２５Ｂの膨張を開始する。具体的には、供給バルブ１０２Ｂを開放状態とし、エアコンプレッサ１０１からの空気を駆動用エアチューブ１５Ｂを介して第２の伸縮ユニット１０Ｂのチャンバー２７Ｂ内に送り込むことにより、伸縮体２５Ｂを膨張させ、軸方向に収縮させる。伸縮体２５Ｂは、軸方向への収縮に伴って、その外表面が径方向外側に拡径し、図３（ｂ）に示すように、伸縮体２５Ａと同様に内壁面５Ａと密着した状態となる。また、制御装置１００は、空気の供給から所定時間経過後に密着状態にある伸縮体２５Ｂ内の空気を放出し、伸長状態に復帰させる。なお、伸長状態への復帰については、伸縮体２５Ａについての制御と同様であるので説明を省略する。

さらに、図２（ｂ）に特に示すように、制御装置１００は、伸縮体２５Ｂの膨張開始に対応（同時期又は膨張開始より僅かに前、或いは、後）して流体供給装置を構成する噴射用エアチューブ２０Ａに空気を供給し、空気が放出されて伸長動作を開始している伸縮体２５Ａの方向に向けて流体の一例としての空気を噴射する。具体的には、制御装置１００は、供給バルブ１０４Ａを開状態としてエアコンプレッサ１０１からの空気を噴射用エアチューブ２０Ａを介して流体供給路２６内に送り込む。流体供給路２６内に送り込まれた空気は、矢印に示すとおり、流体噴射カバー３０Ａの自由端部より前方に位置する伸縮体２５Ａの方向に噴射される。そして、伸縮体２５Ａの方向に空気が噴射されると、既に空気の放出が開始されて伸長動作の過程にある伸縮体２５Ａの外表面に纏わり付こうとする管路５の内壁面５Ａが、空気の圧力により径方向外側に拡径され、離間した状態となり、伸縮体２５Ａの外表面に纏わり付くことが阻止される。

続いて制御装置１００は、図３（ｂ）に示すとおり、伸縮体２５Ｂの空気放出時期よりも前又は略同時期に第３の伸縮ユニット１０Ｃを構成する伸縮体２５Ｃの膨張を開始する。伸縮体２５Ｃの膨張については、前述の伸縮体２５Ａ；２５Ｂについての制御と同様であるので、説明を省略する。

制御装置１００は、伸縮体２５Ｃの膨張開始に対応して流体供給装置を構成する噴射用エアチューブ２０Ｂに空気を供給し、既に空気が放出されて伸長動作を開始している伸縮体２５Ｂの方向に向けて空気を噴射する。
具体的には、制御装置１００は、供給バルブ１０４Ｂを開状態としてエアコンプレッサ１０１からの空気を噴射用エアチューブ２０Ｂを介して流体供給路２６内に送り込み、空気を流体噴射カバー３０Ｂの自由端部より前方に位置する伸縮体２５Ｂの方向に噴射する。伸縮体２５Ｂの方向に空気が噴射されると、前記同様に、既に空気の放出が開始されて伸長動作の過程にある伸縮体２５Ｂの外表面に纏わり付こうとする管路５の内壁面５Ａが、空気の圧力により径方向外側に拡径され、離間した状態となるため、伸縮体２５Ｂの外表面に纏わり付くことが阻止される。

以降、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、引き続き伸縮体２５Ｃの伸長動作及び伸縮体２５Ｄの収縮動作が連続して繰り返され、図３（ｄ）に示す状態となった後に、図３（ａ）に示す状態に復帰する。なお、制御装置１００は前記同様に伸縮体２５Ｄの膨張開始（収縮動作）に対応して流体供給装置を構成する噴射用エアチューブ２０Ｃに空気を供給し、既に空気が放出されて伸長動作を開始している伸縮体２５Ｃの方向に向けて空気を噴射し、伸縮体２５Ｃの外表面に纏わり付こうとする管路５の内壁面５Ａを空気の圧力により径方向外側に拡径し、離間した状態とする。

以上説明したとおり、本実施例に係る推進機構１０は、駆動部としての伸縮ユニット１０Ａ乃至１０Ｄを駆動することにより、より詳細にはチャンバー２７Ａ乃至２７Ｄ内に空気を供給することによって伸縮体２５Ａ乃至２５Ｄを径方向外側に膨張させて、その外表面を管路５の内壁面５Ａと密着させるとともに、蛇腹構造を有するオーバーチューブ１２Ａ乃至１２Ｄを収縮動作させる構成である。
そして、図３に示すように、推進機構１０は、複数の伸縮ユニット１０Ａ乃至１０Ｄうち、一部の伸縮ユニットを駆動して伸縮体の外表面を内壁面５Ａと密着させ、他の伸縮ユニットの伸縮体を非密着状態とする動作を、前方から後方に向かって順次連続して実行するとともに、伸縮ユニットの密着状態から非密着状態への変位又は非密着状態から密着状態への変位に伴って、伸長動作又は収縮動作を連続して繰り返すことにより、管路５内を推進する構成である。推進機構１０が密着状態と非密着状態、及び、伸長動作と収縮動作を連続して繰り返すことにより、各伸縮体２５Ａ乃至２５Ｄと接する内壁面５Ａが前方から後方へ向かって徐々に送出されるので、推進機構１０は、相対的に管路５内を一方向に推進することが可能となる。

また、推進機構１０に適用される流体供給装置は、一部の伸縮ユニットの動作開始に対応して流体の一例としての空気を内壁面５Ａに向けて噴射し、密着状態にある一部の伸縮ユニットよりも前方に位置する他の伸縮ユニットに内壁面５Ａが纏わり付いた状態となることを確実に阻止できる。換言すれば推進機構１０の推進を阻害する要因となる内壁面５Ａの纏わり付きに起因する摩擦抵抗を確実に低減でき、内壁面５Ａの粘性及び弾性が高い場合や、内壁面５Ａに無数のヒダ等が形成されている管路５内を進行する推進機構１０の推進動作を安定して実行させることが可能となる。

上記実施形態においては、流体供給装置から噴射される空気を密着状態にある伸縮ユニットよりも前方に向けて噴射する構成としたが、後方に向けて空気を噴射する構成とすることも容易に可能である。即ち、流体噴射カバー３０Ａ乃至３０Ｃのコネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃに対する取り付け向き、換言すれば基端部と自由端部の向きを変更すれば、密着状態にある伸縮ユニットの後方に向けて空気を噴射することが可能である。
また、流体供給装置の取り付け位置は、上記実施形態に限られるものではなく、例えばキャップ１８と伸縮ユニット１０Ａとの間、或いは、キャップ１８よりも前方、さらには伸縮ユニット１０Ｄの後方に設けた構成としてもよい。また、複数の伸縮ユニットの動作パターンは図３の例に限られるものではなく、ＲＯＭに格納された動作プログラムによって自在に変更することが可能である。例えば、第１の伸縮ユニット１０Ａから第４の伸縮ユニット１０Ｄまでを前方から順に駆動して、全ての伸縮ユニットを密着状態かつ収縮状態とした後に、第４の伸縮ユニット１０Ｄを除く第１の伸縮ユニット１０Ａ乃至第３の伸縮ユニット１０Ｃから空気を放出して、第１の伸縮ユニット１０Ａ乃至第３の伸縮ユニット１０Ｃまでを同時に非密着状態かつ伸長状態とするパターンや、全ての伸縮ユニットを密着状態かつ収縮状態とした後に、第１の伸縮ユニット１０Ａ乃至第３の伸縮ユニット１０Ｃまでを順に非密着状態かつ伸長状態とするパターン等が挙げられる。

また、上記実施形態においては、複数の伸縮ユニット１０Ａ乃至１０Ｄを駆動することにより、管路５の内壁面５Ａとの間に生じる摩擦力により、管路５に対して相対的に一方向に推進させる例を示したが、推進機構１０の適用法は、これに限られるものではない。例えば、推進機構１０内に挿通された内視鏡等のケーブルを管路５の外部において推進不能に保持すれば、推進機構１０に対して管路５を相対的に管路５の外部方向に手繰る動作を実行させることも可能である。当該動作は、例えば、Ｓ状結腸や横行結腸等、下方に弛んだ部位を通過させる際に有効な動作であり、推進機構１０を上記結腸の入り口まで推進させた後に推進機構１０を推進不能に保持して下方に弛んだ結腸を外部方向に手繰り寄せることにより、推進機構１０に対して結腸を構成する内壁面５Ａを通過させることが可能となる。

以下、図４を参照して、他の形態に係る推進方法、及び、流体供給装置を好適に適用可能な他の形態に係る推進機構８０について説明する。図４は、推進機構８０を示す概略断面図である。同図において上記実施形態と同一の構成については同一符号を用い、場合によってその説明を省略する。

同図に示すように、本実施形態に係る推進機構８０は、内視鏡等の装置を挿入可能な内部空間を有する機構本体部５０と、内部に機構本体部５０を収容可能なキャビティを有し、機構本体部５０によって駆動される駆動部としての袋体６０、及び、機構本体部５０内に組み込まれた流体供給装置を構成する挿管チューブ７０、挿管チューブ７０内に挿通された噴射用エアチューブ２０Ａ；２０Ｂ、及び、噴射用エアチューブ２０Ａの外周面を覆う流体噴射カバー３０Ａを備える。

機構本体部５０は、両端が開口した中空の円筒体であって、内壁面５１によって形成された管状の内部空間内に、図外の内視鏡等の挿入ケーブル、及び、噴射用エアチューブ２０Ａが収容された挿管チューブ７０が挿入される。また、内壁面５１及び外壁面５２との間に形成された中空部５０Ａ内には、内壁面５１の円周上を回転自在に嵌入された回転軸部５５が設けられる。回転軸部５５は、内壁面５１よりも僅かに大径な内径を有する筒状体であって、機構本体部５０の内壁面５１と例えば図外の軸受けを介して回転自在に接続される。回転軸部５５の後方には図外のモーター等の駆動源が設けられ、回転軸部５５が伝達機構を介して駆動源によって回転動作される。

回転軸部５５の中央部には、軸方向に沿って延在するウォームギア部５５Ａが形成される。当該ウォームギア部５５Ａの歯車は、外壁面５２側に配設された駆動ローラー５２Ａの周囲に形成された歯車とかみ合った状態とされ、回転軸部５５の回転動作によってウォームギア部５５Ａと噛み合う駆動ローラー５２Ａが一方向に回転する。また、外壁面５２には、上記駆動ローラー５２Ａの他、進行方向前方に配設された従動ローラー５２Ｂ、進行方向後方に配設された従動ローラー５２Ｃが図外の軸受けを介して配設されており、駆動ローラー５２Ａ及び各従動ローラー５２Ｂ；５２Ｃが、後述する袋体６０の外表面６０Ｂと圧接し、袋体６０を一方向に回転動作させる。

機構本体部５０の内壁面５１によって形成された管状の内部空間内に挿入される挿管チューブ７０は、前述の実施形態におけるコネクトチューブ１３Ａ乃至１３Ｃに相当する部材であって、両端開口の管状体である。なお、本実施形態における挿管チューブ７０には蛇腹構造を採用する必要はない。挿管チューブ７０は、内壁面５１によって形成された管状の内部空間の延長方向に沿って延在し、その先端部７０Ａが機構本体部５０の先端部よりも前方側に露出する。また、後端部７０Ｂについても同様に機構本体部５０の後端部より後方側に露出する。挿管チューブ７０における機構本体部５０の先端部よりも前方側及び後方側に露出する先端部７０Ａ及び後端部７０Ｂには、外部と連通する供給孔１４が開設される。また、供給孔１４と対応する位置には、上記実施形態と同様の構成を備えた流体噴射カバー３０Ａ；３０Ｂが設けられる。流体噴射カバー３０Ａは、挿管チューブ７０の外周面上において、その後端部が基端部として強固に結合され、その前端部が自由端部として弾性力によって挿管チューブ７０と密着している。よって、供給孔１４に接続された噴射用エアチューブ２０Ａを介して空気が供給された場合、当該空気は流体噴射カバー３０Ａの自由端部を開放し、前方側に噴射される。

流体噴射カバー３０Ｂは、挿管チューブ７０の外周面上において、その前端部が基端部として強固に結合され、その後端部が自由端部として弾性力によって挿管チューブ７０と密着している。よって、供給孔１４に接続された噴射用エアチューブ２０Ｂを介して空気が供給された場合、当該空気は流体噴射カバー３０Ｂの自由端部より後方側に噴射される。流体噴射カバー３０Ａ又は流体噴射カバー３０Ｂのいずれから空気が噴射されるかは、推進機構８０の進行方向によって異なる。例えば、進行方向が図の矢印で示す方向である場合には、流体噴射カバー３０Ｂから進行方向の逆側、即ち、図示の後方側へ向かって空気が噴射される。
一方、進行方向が矢印で示す方向と逆方向である場合は、流体噴射カバー３０Ａから進行方向の逆側、即ち、図示の前方側へ向かって空気が噴射される。このように、流体噴射カバー３０Ａ；３０Ｂから推進機構８０の進行方向逆側に向けて空気を噴射することにより、後述の駆動部としての袋体６０の動作を妨げる内壁面５Ａの纏わり付きを効果的に防止することが可能となる。なお、噴射用エアチューブ２０Ａ；２０Ｂの後端部は、前述の実施形態と同様に図外のエアコンプレッサと供給バルブを介して接続されており、制御装置の処理によって噴射のタイミングや方向が適宜制御される。また、挿管チューブ７０内には、噴射用エアチューブ２０Ａ；２０Ｂの他図外の内視鏡等の挿入ケーブルが挿通されており、挿入ケーブルの先端部は、挿管チューブ７０の先端部７０Ａより前方側に露出し、内壁面５Ａの様子をモニターすることが可能である。

次に、管路５の内壁面５Ａと密着する駆動部としての袋体６０の構造について説明する。袋体６０は、管路５の延長方向に沿って扁平した中空の円筒体であって、気密空間６２内に例えば生理食塩水やジェル状の流体が封入されている。袋体６０の気密空間６２内には、袋体６０の内表面６０Ａを円周方向に囲繞するように設けられたローラー保持管６４が設けられる。ローラー保持管６４は、円周方向に沿って複数の従動ローラー６６Ａ乃至６６Ｄを有する管状体である。

従動ローラー６６Ａは、袋体６０の最前部に設けられたローラーであって、外周面が、袋体６０の内表面６０Ａを挟んで前述の従動ローラー５２Ｂと対向する。従動ローラー６６Ｂは、袋体６０の最後部に設けられたローラーであって、袋体６０の内表面６０Ａを挟んで前述の従動ローラー５２Ｃと対向する。一対の従動ローラー６６Ｃ；６６Ｄは、ローラー保持管６４の中央付近において所定の間隔を以って配設されるローラーである。従動ローラー６６Ｃ；６６Ｄは、前述の駆動ローラー５２Ａを前後方向から挟み込むように配設され、袋体６０の内表面６０Ａを挟んで駆動ローラー５２Ａと対向する。つまり、袋体６０の内表面６０Ａ及び外表面６０Ｂは、互いに対向する駆動ローラー５２Ａ、各従動ローラー５２Ｂ；５２Ｃ及び６６Ａ乃至６６Ｄによって挟み込まれた状態で圧接しており、回転軸部５５の回転によって駆動ローラー５２Ａが一方向に回転すると、袋体６０は、例えば矢印で示す方向に回転動作する。

つまり、本実施形態における推進機構８０は、駆動部としての袋体６０が一方向に向かって回転動作することによって、管路５内を一方向に進行可能な機構であって、より詳細には、袋体６０の外表面６０Ｂが仮想線で示す一部の区間（密着区間）において管路５の内壁面５Ａと密着した状態で対向することにより推進に必要な摩擦力を得るとともに、その他の区間（非密着区間）において内壁面５Ａとの密着が解除されて非密着状態となり、当該外表面６０Ｂの密着状態と非密着状態とを繰り返すことにより管路５内を進行する機構である。

以下、推進機構８０の推進方法について説明する。例えば、図４（ａ）に示す推進機構８０の袋体６０が、矢印方向に回転中であり、管路５内を矢印で示す一方向に進行しているとすると、挿管チューブ７０の外周面に設けられた流体噴射カバー３０Ｂの自由端部から、密着状態にある袋体６０の外表面６０Ｂの後方に向けて連続的又は断続的に空気が噴射される。密着状態にある外表面６０Ｂの後方に向けて空気が噴射されると、密着状態にある外表面６０Ｂよりも後方に存在する内壁面５Ａは、空気の圧力により径方向外側に拡径し、外表面６０Ｂから離間した状態となり、内壁面５Ａの巻き込みが確実に防止される。

つまり、図４（ｂ）の仮想線に示すように、進行方向逆側における袋体６０の外表面６０Ｂ、より詳細には内壁面５Ａとの密着状態が解除されるべき仮想線で示す反転区間においては、その粘性によって内壁面５Ａが纏わり付き、内壁面５Ａが、機構本体部５０側に反転しようとする外表面６０Ｂの動きに追従して機構本体部５０側に巻き込まれた状態となり易く、袋体６０の回転動作に対して推進機構８０の進行方向と逆方向の負荷が加わることとなり、円滑な推進が阻害される。しかしながら、上述のように推進機構８０の進行に際して、進行方向逆方向側、より詳細には密着状態にある外表面６０Ｂよりも後方に向けて空気を噴射すれば、反転区間において巻き込まれようとする内壁面５Ａを外表面６０Ｂから確実に離間させることが可能となり、密着区間以外の反転区間を含む非密着区間において、内壁面５Ａが纏わり付き、円滑な推進を阻害する内壁面５Ａの巻き込みが生じることを確実に防止できる。なお、推進機構８０が矢印方向とは逆方向に推進する場合においては、流体噴射カバー３０Ａの自由端部から空気を噴射すればよいことは言うまでもない。

以上複数の実施形態を通じて説明した推進機構の推進方法、及び、当該方法において好適に採用できる流体供給装置によれば、推進対象となる管路の壁面の粘性や弾性が高い場合であっても推進機構の円滑な進行を妨げる不要な摩擦力や巻き込みを確実に低減、或いは、防止することができ、管路に挿入される内視鏡などの推進を極めて効率的に行うことが可能となる。

１０；８０推進機構、１０Ａ〜１０Ｄ伸縮ユニット、
１２Ａ〜１２Ｄオーバーチューブ、１３Ａ〜１３Ｃコネクトチューブ、
１５Ａ〜１５Ｄ駆動用エアチューブ、１６Ａ〜１６Ｇ第１フランジ〜第７フランジ、
１８キャップ、２０Ａ〜２０Ｃ噴射用エアチューブ、２５Ａ〜２５Ｄ伸縮体、
２７Ａ〜２７Ｄチャンバー、３０Ａ〜３０Ｃ流体噴射カバー、
５０機構本体部、５２Ａ駆動ローラー、５５回転軸部、６０袋体、
７０挿管チューブ、１００制御装置、１０１エアコンプレッサ。

Claims

駆動体の一部を管路の内壁面と密着状態とし、他部を非密着状態とし、両状態を繰り返して管路内を一方向に進行する推進機構の推進方法であって、密着状態にある駆動体の一部よりも進行方向側又は進行方向逆側の内壁面に向けて流体を噴射することを特徴とする推進方法。
前記駆動体が管路の半径方向外側に膨張する伸縮体であって、当該伸縮体の膨張開始とともに、該膨張を開始した伸縮体よりも進行方向側又は進行方向逆側の内壁面に向けて流体を噴射することを特徴とする請求項１記載の推進方法。
前記駆動体が管路の延長方向に沿って回転する袋体であって、当該袋体の回転中に袋体よりも進行方向逆側の内壁面に向けて流体を噴射することを特徴とする請求項１記載の推進方法。
駆動体の一部を管路の内壁面と密着状態とし、他部を非密着状態とし、両状態を繰り返して管路内を一方向に進行する推進機構に搭載される流体供給装置であって、
管状体と、
当該管状体内に挿通され、一端部が前記管状体の周面に形成された供給孔と接続されるチューブと、
前記チューブの他端部と接続され、チューブ内に流体を供給する流体供給源と、
前記管状体の外周面における前記供給孔と対応する位置に被着された流体噴射カバーとを備え、
前記流体噴射カバーにおける前記推進機構の進行方向側又は進行方向逆側の端部が前記チューブ内に供給された流体の圧力により開放可能に被着されたことを特徴とする流体供給装置。