JP2020001921A - Shaft-like member advancing device and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内視鏡、カテーテル、工業用内視鏡、光ファイバー、ケーブル、線材等の軸状部材を、例えば体内や管内等に送り移動するのに好適な軸状部材の送り移動装置及びその方法等に関する。 The present invention is an endoscope, a catheter, an industrial endoscope, an optical fiber, a cable, a shaft-like member such as a wire rod, for example, a feed-moving device for a shaft-like member suitable for feeding and moving into a body or a tube, and the like. Method and so on.
例えば内視鏡を例に挙げれば、人体の例えば大腸に内視鏡の挿入部を挿入することが医師により行われている。特許文献1には、体内に挿入される長い軸状の挿入部を巻き取るドラムが開示されている。しかし、このドラムは長い挿入部を巻き取るためのものであって、駆動力によって挿入部を送り出したり引き戻したりするものではない。
For example, taking an endoscope as an example, a doctor inserts an insertion portion of the endoscope into, for example, a large intestine of a human body.
一般に、線材の送り機構として、線材を挟む一対のローラーにより線材を送り出す機構(特許文献2)や、ボビンにまかれた線材を繰り出す機構(特許文献3)が知られている。 In general, as a wire feed mechanism, a mechanism (Patent Document 2) for sending out a wire by a pair of rollers sandwiching the wire and a mechanism (Patent Document 3) for feeding out a wire wound on a bobbin are known.
例えば内視鏡を例に挙げれば、内視鏡が挿入される大腸は屈曲している。特にS字状に屈曲する挿入経路に内視鏡を通過させるには、軸保持短縮法と称される手法が用いられている。 For example, taking an endoscope as an example, the large intestine into which the endoscope is inserted is bent. Particularly, in order to allow the endoscope to pass through an insertion path bent in an S-shape, a technique called a shaft holding shortening method is used.
しかし、軸保持短縮法は医師の手によって行う他なく、特許文献2,3のように単に線材を前進移動させる送り機構では、軸保持短縮法を自動化することはできない。
However, the shaft holding and shortening method must be performed by a doctor's hand, and the shaft holding and shortening method cannot be automated with a feed mechanism that simply moves the wire forward as disclosed in
本発明の少なくとも一つの態様は、軸状部材を単に前進方向または後退方向に送り移動するだけでなく、軸状部材の姿勢を変更することができる軸状部材の送り移動装置及びその方法を提供することを目的とする。 According to at least one aspect of the present invention, there is provided an apparatus and a method for feeding and moving a shaft member that can change the attitude of the shaft member as well as simply move the shaft member in the forward or backward direction. The purpose is to do.
(1)本発明の一態様は、
第1自転軸を有する第1ホイールと、
第2自転軸を有する第2ホイールと、
前記第1自転軸を正方向または逆方向に駆動する第1回転駆動部と、
前記第2自転軸を正方向または逆方向に駆動する第2回転駆動部と、
を有し、
送り移動される軸状部材を挟んで、前記第1ホイール及び前記第2ホイールが前記軸状部材の両側に配置され、
前記第1ホイール及び前記第2ホイールの少なくとも一方は、前記軸状部材と接触する位置を含む回転軌跡上に転接面を有する複数の従動ローラーを有し、
前記複数の従動ローラーは、その従動回転により、前記軸状部材の軸方向以外の方向に送り移動させる外力を前記軸状部材に付与する軸状部材の送り移動装置に関する。
(1) One embodiment of the present invention provides:
A first wheel having a first rotation axis;
A second wheel having a second rotation axis;
A first rotation drive unit that drives the first rotation axis in a forward direction or a reverse direction;
A second rotation drive unit that drives the second rotation axis in a forward direction or a reverse direction;
Has,
The first wheel and the second wheel are arranged on both sides of the shaft member, with the shaft member to be fed and moved interposed therebetween,
At least one of the first wheel and the second wheel has a plurality of driven rollers having a rolling contact surface on a rotation locus including a position in contact with the shaft-shaped member,
The plurality of driven rollers are related to a feeder for a shaft-like member that applies an external force to the shaft-like member to feed and move in a direction other than the axial direction of the shaft-like member by the driven rotation.
本発明の一態様によれば、第1自転軸が第1回転駆動部により駆動/非駆動されることで、第1ホイールは正方向または逆方向への自転もしくは停止が選択される。第2自転軸が第2回転駆動部により駆動/非駆動されることで、第2ホイールは正方向または逆方向への自転もしくは停止が選択される。第1ホイール及び第2ホイールの少なくとも一方に設けられた複数の従動ローラーのうちの一つが軸状部材と順次転接する。この従動ローラーの従動回転により、軸状部材の軸方向以外の方向への外力を軸状部材に付与することができる。それにより、軸状部材を単に前進方向又は後退方向に送り移動するだけでなく、軸状部材の姿勢を変更することが可能となる。 According to one aspect of the present invention, the first rotation shaft is driven / non-driven by the first rotation drive unit, so that rotation or stop of the first wheel in the forward direction or the reverse direction is selected. When the second rotation shaft is driven / non-driven by the second rotation drive unit, the rotation or stop of the second wheel in the forward or reverse direction is selected. One of the plurality of driven rollers provided on at least one of the first wheel and the second wheel sequentially rolls and contacts the shaft-shaped member. By the driven rotation of the driven roller, an external force in a direction other than the axial direction of the shaft member can be applied to the shaft member. This makes it possible to change the attitude of the shaft member as well as simply move the shaft member forward or backward.
(2)本発明の一態様(1)において、前記外力は、前記軸状部材の軸線回りに前記軸状部材を回転させる力を含むことができる。それにより、軸状部材の姿勢が変更される。 (2) In one aspect (1) of the present invention, the external force may include a force for rotating the shaft member about an axis of the shaft member. Thereby, the attitude of the shaft member is changed.
(3)本発明の一態様(1)または(2)において、前記複数の従動ローラーの各々の従動軸は、前記第1自転軸及び前記第2自転軸の対応する一方と非平行とすることができる。それにより、従動ローラーは、軸状部材の軸方向以外の方向への外力を軸状部材に付与することができる。 (3) In one aspect (1) or (2) of the present invention, each of the plurality of driven rollers is not parallel to a corresponding one of the first rotation axis and the second rotation axis. Can be. Accordingly, the driven roller can apply an external force to the shaft member in a direction other than the axial direction of the shaft member.
(4)本発明の一態様(3)において、前記軸状部材の軸方向から見た側面視で、前記軸状部材の横断面中心を通り、かつ、前記第1自転軸及び前記第2自転軸と平行な中心線に対して、前記第1ホイールの前記複数の従動ローラーと、前記第2ホイールの前記複数の従動ローラーとは、線対称にすることができる。こうすると、第1ホイール及び第2ホイールにより軸状部材に付与される外力の向きは、第1自転軸及び第2自転軸を互いに逆回転させることで同一方向となり、第1自転軸及び第2自転軸を同一方向に逆回転させることで互いに逆方向となる。より詳しくは、第1ホイール及び第2ホイールにより軸状部材に付与される外力が、軸状部材の軸方向に向かう力であって、軸状部材に同一方向に付与されると、軸状部材は前進または後退移動する。第1ホイール及び第2ホイールにより軸状部材に付与される外力が軸状部材の外周上の対向位置に対する接線方向に向かう力であって、同一方向に付与される同一の大きさであれば、軸状部材は軸心周りで回転しない。これとは逆に、第1ホイール及び第2ホイールにより軸状部材に付与される外力が、軸状部材の軸方向に向かう力であって、軸状部材に互いに逆方向に付与される付与される同一の大きさであれば、軸状部材は、前進も後退もしない。第1ホイール及び第2ホイールにより軸状部材に付与される外力が軸状部材の外周上の対向位置に対する接線方向に向かう力であって、互いに逆方向に付与されると、軸状部材は軸心周りで回転する。 (4) In one aspect (3) of the present invention, the first rotation axis and the second rotation pass through the center of the cross section of the shaft member in a side view when viewed from the axial direction of the shaft member. The plurality of driven rollers of the first wheel and the plurality of driven rollers of the second wheel may be line-symmetric with respect to a center line parallel to the axis. In this case, the directions of the external force applied to the shaft-shaped member by the first wheel and the second wheel become the same direction by rotating the first rotation axis and the second rotation axis in opposite directions, and the first rotation axis and the second Reverse rotation of the rotation shafts in the same direction results in opposite directions. More specifically, when the external force applied to the shaft-like member by the first wheel and the second wheel is a force directed in the axial direction of the shaft-like member and is applied to the shaft-like member in the same direction, the shaft-like member Moves forward or backward. If the external force applied to the shaft-like member by the first wheel and the second wheel is a force directed in a tangential direction to an opposing position on the outer periphery of the shaft-like member and has the same magnitude applied in the same direction, The shaft member does not rotate around the axis. Conversely, the external force applied to the shaft member by the first wheel and the second wheel is a force directed in the axial direction of the shaft member, and is applied to the shaft member in directions opposite to each other. With the same size, the shaft-like member does not move forward or backward. When the external force applied to the shaft-like member by the first wheel and the second wheel is a force directed in a tangential direction to an opposing position on the outer periphery of the shaft-like member, and when applied in directions opposite to each other, the shaft-like member becomes Spin around my heart.
(5)本発明の一態様(3)または(4)において、前記従動軸が前記第1自転軸及び前記第2自転軸の対応する一方に対して傾斜する傾斜角は、45°とすることができる。ここで、軸状部材に付与される外力のうち軸状部材の軸線方向と交差する方向の外力に基づいて、軸状部材の軸線方向の分力と接線方向の分力とは、上記傾斜角をθとしてsinθまたはcosθで計算される。θ=45°とすると、第1ホイール及び第2ホイールの回転方向に拘わらず分力の計算が簡易となり、第1ホイールと第2ホイールとの回転制御も簡易となる。ただし、傾斜角θは45°に限定されるものではなく、計算される分力の大きさに基づいて第1ホイールと第2ホイールとで回転速度を変更しても良い。 (5) In one aspect (3) or (4) of the present invention, the inclination angle at which the driven shaft is inclined with respect to the corresponding one of the first rotation axis and the second rotation axis is 45 °. Can be. Here, based on the external force in the direction intersecting with the axial direction of the shaft member among the external forces applied to the shaft member, the axial component force and the tangential component force of the shaft member are determined by the inclination angle. Is calculated as sin θ or cos θ where θ is θ. When θ = 45 °, the calculation of the component force is simplified regardless of the rotation direction of the first wheel and the second wheel, and the rotation control of the first wheel and the second wheel is also simplified. However, the inclination angle θ is not limited to 45 °, and the rotation speed of the first wheel and the second wheel may be changed based on the magnitude of the calculated component force.
(6)本発明の一態様(1)〜(5)のいずれかにおいて、前記軸状部材は、内視鏡またはカテーテルを含む医療器具とすることができる。内視鏡が挿入される大腸またはカテーテルが挿入される血管が紆余曲折していても、医療器具の姿勢が変更されることで医療器具の送り移動を円滑に実施することができる。 (6) In any one of aspects (1) to (5) of the present invention, the shaft-shaped member may be a medical device including an endoscope or a catheter. Even if the colon into which the endoscope is inserted or the blood vessel into which the catheter is inserted are twisted and bent, the medical instrument can be smoothly moved by changing the posture of the medical instrument.
(7)本発明の一態様(1)〜(5)のいずれかにおいて、前記軸状部材は、工業用内視鏡を含む非医療器具とすることができる。工業用内視鏡等の非医療器具が挿入される例えば管路が紆余曲折していても、非医療器具の姿勢が変更されることで非医療器具の送り移動を円滑に実施することができる。 (7) In any one of the embodiments (1) to (5) of the present invention, the shaft-shaped member may be a non-medical device including an industrial endoscope. For example, even when a non-medical device such as an industrial endoscope is inserted, even if the conduit is twisted and twisted, the non-medical device can be smoothly moved by changing the posture of the non-medical device. .
(8)本発明の他の態様は、
上述した本発明の一態様(7)に記載の軸状部材の送り移動装置を用いて、前記軸状部材を送り移動する方法であって、
前記軸状部材を、前進または後退移動する工程と、
前記軸状部材を、前記軸状部材の軸線回りに回転させる工程と、
を有する軸状部材の送り移動方法に関する。
(8) Another embodiment of the present invention provides:
A method for feeding and moving the shaft-like member using the feeder for a shaft-like member according to one aspect (7) of the present invention,
A step of moving the shaft member forward or backward,
Rotating the shaft member around the axis of the shaft member;
The present invention relates to a method for feeding and moving a shaft-shaped member having:
本発明の他の態様では、軸状部材に付与される外力は、軸状部材を単に前進方向又は後退方向に送り移動するだけでなく、軸状部材を軸線回りに回転させて軸線部材の姿勢を変更させることができる。 According to another aspect of the present invention, the external force applied to the shaft-like member not only feeds and moves the shaft-like member in the forward or backward direction, but also rotates the shaft-like member around the axis to change the posture of the axis-like member. Can be changed.
(9)本発明の一態様(8)において、前記軸状部材を、前進または後退移動させながら、前記軸線回りに回転させる工程を有することができる。こうして、軸状部材の姿勢を変更させながら軸状部材を送り移動することができる。 (9) In the aspect (8) of the present invention, the method may include a step of rotating the shaft member around the axis while moving the shaft member forward or backward. Thus, the axial member can be fed and moved while changing the attitude of the axial member.
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all of the configurations described in the present embodiment are essential as means for solving the present invention. Not necessarily.
1.送り移動装置の要部
図1及び図2は、送り移動装置100の要部を示す。送り移動装置100は、第1自転軸11を有する第1ホイール10と、第2自転軸21を有する第2ホイール20と、を有する。送り移動される軸状部材1を挟んで、第1ホイール10及び第2ホイール20が軸状部材1の両側に配置される。
1. 1 and 2 show main parts of the
第1ホイール10及び第2ホイール20の各々は、軸状部材1と接触する位置を含む回転軌跡上に転接面を有する複数の従動ローラー30を有する。複数の従動ローラー30の各々の従動軸31は、第1自転軸11及び第2自転軸21の対応する一方と非平行である。ここで、第1ホイール10に設けられる複数の従動ローラーを30Aと称し、その従動軸を31Aと称する。同様に、第2ホイール20に設けられる複数の従動ローラーを30Bと称し、その従動軸を31Bと称する。従動軸31Aは第1自転軸11と非平行であり、従動軸31Bは第2自転軸21と非平行である。なお、本実施形態では、第1自転軸11と第2自転軸21とは平行である。これに限らず、第1自転軸11と第2自転軸21とを非平行としても良い。
Each of the
第1ホイール10及び第2ホイール20の各々は、第1自転軸11または第2自転軸21に取付けられる平行な2つのローラー支持部材40を有する。ローラー支持部材40は、放射状に延びる端部が屈曲された複数の自由端部40Aを含む。各1本の従動軸31は、2つのローラー支持部材40に設けられた一対の自由端部40A,40Aに支持される。
Each of the
ここで、図1に示すように、従動軸31が第1自転軸11に対して傾斜する傾斜角θは、本実施形態では例えばθ=45°である。従動軸31が第2自転軸21に対して傾斜する傾斜角θも例えば45°である。このような第1ホイール10及び第2ホイール20は、メカナムホイールと称される。メカナムホイールは、全方向移動車両の四輪として用いられることで知られているが、本実施形態のような用途は新規である。
Here, as shown in FIG. 1, the inclination angle θ at which the driven
本実施形態では、軸状部材1の軸方向から見た図1に示す側面視で、軸状部材1の横断面中心を通り、かつ、第1自転軸11及び第2自転軸21と平行な中心線に対して、第1ホイール10の複数の従動ローラー30と、第2ホイール20の複数の従動ローラー30とが線対称となるように、第1ホイール10及び第2ホイール20が軸状部材1を挟んで両側に配置される。
In the present embodiment, as viewed from the axial direction of the shaft-shaped
2.送り移動装置の動作
図1及び図2では図示されていないが、移動送り装置100は、駆動源として、第1自転軸11を駆動する第1回転駆動部と、第2自転軸21を正方向または逆方向に駆動する第2回転駆動部と、を有する。第1回転駆動部及び第2回転駆動部は、モーター好ましくはサーボモーターを含み、必要により減速機や回転方向を変換するギア等を含むことができる。以下の各動作では、第1回転駆動部により第1自転軸11が正方向または逆方向に回転されもしくは停止され、第2回転駆動部により第2自転軸21が正方向または逆方向に回転されもしくは停止される。
2. Although not shown in FIG. 1 and FIG. 2, the moving
2.1.軸状部材の前進送り
図3及び図4は、軸状部材1の前進移動を示している。図3及び図4に示すように、第1ホイール10は左回転(反時計回り回転)、第2ホイール20は右回転(時計回り回転)される。この場合、第1ホイール10と第2ホイール20の回転速度は等しい。このとき、図4に示すように、外力Fにより軸状部材1は前進方向(+X)送り移動される。図4において、第1ホイール10と第2ホイール20との回転により軸状部材1が前進送りされることは、従動ローラー30A,30Bが従動回転しないと仮定することで容易に理解できる。しかし、実際には、第1,2ホイール10,20の回転により、軸状部材1と接触する従動ローラー30A,30Bが図3の矢印方向に従動回転される。よって、従動ローラー30A,30Bの従動回転によって軸状部材1に外力F以外の外力が付与される。
2.1. 3 and 4 show the forward movement of the
図5(A)(B)に基づいて、従動ローラー30A,30Bの従動回転により軸状部材1に付与される、外力F以外の外力ついて説明する。図5(A)は軸状部材1側から第1ホイール10を見た図であり、図5(B)は軸状部材1側から第2ホイール20を見た図である。なお、図5(A)(B)において、軸状部材1の軸線方向をX軸とし、X軸と直交する高さ軸をZ軸とする。前進方向を+Xとし、例えば垂直上向き方向を+Zとする。
The external force other than the external force F applied to the shaft-
図5(A)(B)は、従動ローラー30(30A,30B)から軸状部材1に付与される力を示している。図5(A)において、第1ホイール10の従動ローラー30Aから軸状部材1に付与される回転接線方向の力は−Flである。この力(−Fl)は、X軸方向でマイナス向きの力(−Fl・cos45°)と、Z軸方向でマイナス向きの力(−Fl・sin45°)とに分解される。同様に、図5(B)において、第2ホイール20の従動ローラー30Bから軸状部材1に付与される回転接線方向の力は−Frである。この力(−Fr)は、X軸方向でマイナス向きの力(−Fr・cos45°)と、Z軸方向でマイナス向きの力(−Fr・sin45°)とに分解される。
FIGS. 5A and 5B show the force applied to the shaft-
図5(A)の−Fl・cos45°と図5(B)の−Fr・cos45°とはX軸方向のX軸方向でマイナス向きの同じ大きさの力である。しかし、−Fl・cos45°と−Fr・cos45°との合力は、第1,第2ホイール10,20の回転により軸状部材1を前進方向(+X)に移動させる図4の外力Fよりも十分に小さい。よって、軸状部材1は図4及び図5(A)(B)の前進方向(+X)に移動される。
-Fl.cos 45 ° in FIG. 5A and −Fr.cos 45 ° in FIG. 5B are forces of the same magnitude in the negative X-axis direction in the X-axis direction. However, the resultant force of -Fl.cos45 [deg.] And -Fr.cos45 [deg.] Is smaller than the external force F in FIG. 4 that moves the
一方、図5(A)のZ軸方向でマイナス向きの力(−Fl・sin45°)と、図5(B)のZ軸方向でマイナス向きの力(−Fr・sin45°)とは、軸心回りで回転可能に支持される軸状部材1の直径方向で互いに反対側の面に生ずる。よって、これらの力が軸状部材1の直径方向で互いに反対側の面に作用すると、軸状部材1の軸心周りで見ると互いに逆方向の回転を生ずる互いに釣り合う力となる。よって、軸状部材1はその軸心周りで回転することがない。
On the other hand, the negative force (−Fl · sin45 °) in the Z-axis direction of FIG. 5A and the negative force (−Fr · sin45 °) in the Z-axis direction of FIG. It occurs on the diametrically opposite surfaces of the shaft-
2.2.軸状部材の後退送り
図6及び図7は、軸状部材1の前進移動を示している。図6及び図7に示すように、第1ホイール10は右回転、第2ホイール20は左回転される。この場合も、第1ホイール10と第2ホイール20の回転速度は等しい。このとき、図7に示すように、軸状部材1は外力Fにより後退方向(−X)に送り移動される。
2.2. 6 and 7 show the forward movement of the
図8(A)(B)に基づいて、従動ローラー30A,30Bの従動回転により軸状部材1に付与される、図7の外力F以外の外力ついて説明する。図8(A)において、第1ホイール10の従動ローラー30Aから軸状部材1に付与される回転接線方向の力Flは、X軸方向でプラス向きの力(Fl・cos45°)と、Z軸方向でプラス向きの力(Fl・sin45°)とに分解される。同様に、図8(B)において、第2ホイール20の従動ローラー30Bから軸状部材1に付与される回転接線方向の力Frは、X軸方向でプラス向きの力(Fr・cos45°)と、Z軸方向でプラス向きの力(Fr・sin45°)とに分解される。
An external force other than the external force F in FIG. 7 applied to the shaft-
図8(A)のFl・cos45°と図8(B)のFr・cos45°とはX軸方向のプラス向きの同じ大きさの力である。しかし、+Fl・cos45°と+Fr・cos45°との合力は、第1,第2ホイール10,20の回転により軸状部材1を後退方向(−X)に移動させる図7の外力Fよりも十分に小さい。よって、軸状部材1は図7及び図8(A)(B)の後退方向(−X)に移動される。
Fl · cos 45 ° in FIG. 8A and Fr · cos 45 ° in FIG. 8B are forces of the same magnitude in the positive direction in the X-axis direction. However, the resultant force of + Fl · cos 45 ° and + Fr · cos 45 ° is more than the external force F in FIG. 7 that moves the
一方、図8(A)のZ軸方向でプラス向きの力(Fl・sin45°)と図8(B)のZ軸方向でプラス向きの力(Fr・sin45°)とは、軸心回りで回転可能に支持される軸状部材1の直径方向で互いに反対側の面に生ずる。よって、これらの力が軸状部材1の直径方向で互いに反対側の面に作用すると、軸状部材1の軸心周りで見ると互いに逆方向の回転を生ずる互いに釣り合う力となる。よって、軸状部材1はその軸心周りで回転することがない。
On the other hand, the positive force (Fl · sin 45 °) in the Z-axis direction in FIG. 8A and the positive force (Fr · sin 45 °) in the Z-axis direction in FIG. It occurs on the diametrically opposite surfaces of the rotatably supported
2.3.軸状部材の右回転
図9及び図10は、軸状部材1の右回転を示している。図9及び図10に示すように、第1ホイール10及び第2ホイール20は共に右回転される。この場合も、第1ホイール10と第2ホイール20の回転速度は等しい。このとき、図10に示すように、軸状部材1を前進させる力Faと後退させる力Fbは釣り合い、軸状部材1は軸線方向には送り移動されない。
2.3. 9 and 10 show the clockwise rotation of the
図11(A)(B)に基づいて、従動ローラー30A,30Bの従動回転により軸状部材1に付与される、図10の外力Fa及びFb以外の外力ついて説明する。図11(A)において、第1ホイール10の従動ローラー30Aから軸状部材1に付与される回転接線方向の力(+Fl)は、X軸方向でプラス向きの力(Fl・cos45°)と、Z軸方向でプラス向きの力(Fl・sin45°)とに分解される。同様に、図11(B)において、第2ホイール20の従動ローラー30Bから軸状部材1に付与される回転接線方向の力(−Fr)は、X軸方向でマイナス向きの力(−Fr・cos45°)と、Z軸方向でマイナス向きの力(−Fr・sin45°)とに分解される。
Based on FIGS. 11 (A) and 11 (B), external forces other than the external forces Fa and Fb in FIG. 10 applied to the shaft-
図11(A)のX軸方向でプラス向きの力(Fl・cos45°)と図11(B)のX軸方向でマイナス向きの力(−Fr・cos45°)とは、X軸方向で互いに逆向きの同じ大きさの力であり、相殺される。よって、軸状部材1は軸線方向(X軸方向)には送り移動されない。
The positive force (Fl · cos45 °) in the X-axis direction of FIG. 11A and the negative force (−Fr · cos45 °) in the X-axis direction of FIG. Forces of the same magnitude in opposite directions are offset. Therefore, the shaft-
一方、図11(A)のZ軸方向でプラス向きの力(Fl・sin45°)と、図11(B)のZ軸方向でマイナス向きの力(−Fr・sin45°)とは、軸心回りで回転可能に支持される軸状部材1の直径方向で互いに反対側の面に生ずる。よって、これらの力が軸状部材1の直径方向で互いに反対側の面に作用すると、軸状部材1の軸心周りで見ると同一方向の回転を生ずる力となる。よって、図11(A)の力(Fl・sin45°)と図11(B)の力(−Fr・sin45°)との合力が、軸状部材1の軸心周りで軸状部材1を右回転させる。
On the other hand, the positive force (Fl · sin45 °) in the Z-axis direction in FIG. 11A and the negative force (−Fr · sin45 °) in the Z-axis direction in FIG. It occurs on the diametrically opposite surfaces of the shaft-
2.4.軸状部材の左回転
図12及び図13は、軸状部材1の左回転を示している。図12及び図13に示すように、第1ホイール10及び第2ホイール20は共に左回転される。この場合も、第1ホイール10と第2ホイール20の回転速度は等しい。このとき、図13に示すように、軸状部材1を前進させる力Faと後退させる力Fbは釣り合い、軸状部材1は軸線方向には送り移動されない。
2.4. 12 and 13 show left rotation of the
図14(A)(B)に基づいて、従動ローラー30A,30Bの従動回転により軸状部材1に付与される、図13の外力Fa及びFb以外の外力ついて説明する。図14(A)において、第1ホイール10の従動ローラー30Aから軸状部材1に付与される回転接線方向の力(−Fl)は、X軸方向でマイナス向きの力(−Fl・cos45°)と、Z軸方向でマイナス向きの力(−Fl・sin45°)とに分解される。同様に、図14(B)において、第2ホイール20の従動ローラー30Bから軸状部材1に付与される回転接線方向の力(Fr)は、X軸方向でプラス向きの力(Fr・cos45°)と、Z軸方向でプラス向きの力(Fr・sin45°)とに分解される。
An external force other than the external forces Fa and Fb in FIG. 13 applied to the shaft-
図14(A)のX軸方向でマイナス向きの力(−Fl・cos45°)と、図14(B)のX軸方向でプラス向きの力(Fr・cos45°)とは、X軸方向で互いに逆向きの同じ大きさの力であり、相殺される。よって、軸状部材1は軸線方向(X軸方向)には送り移動されない。
The force (−Fl · cos45 °) in the negative direction in the X-axis direction in FIG. 14A and the force (Fr · cos45 °) in the positive direction in the X-axis direction in FIG. Forces of the same magnitude, opposite to each other, cancel out. Therefore, the shaft-
一方、図14(A)のZ軸方向でマイナス向きの力(−Fl・sin45°)と、図14(B)のZ軸方向でプラス向きの力(Fr・sin45°)とは、軸心回りで回転可能に支持される軸状部材1の直径方向で互いに反対側の面に生ずる。よって、これらの力が軸状部材1の直径方向で互いに反対側の面に作用すると、軸状部材1の軸心周りで見ると同一方向の回転を生ずる力となる。よって、図14(A)の力(Fl・sin45°)と図14(B)の力(−Fr・sin45°)との合力が、軸状部材1の軸心周りで軸状部材1を左回転させる。
On the other hand, the negative force (−Fl · sin45 °) in the Z-axis direction in FIG. 14A and the positive force (Fr · sin45 °) in the Z-axis direction in FIG. It occurs on the diametrically opposite surfaces of the shaft-
2.5.軸状部材の前進送り+左回転
図15及び図16は、軸状部材1を左回転しながらの前進送りを示している。図15及び図16に示すように、第1ホイール10が左回転される一方で第2ホイール20は駆動停止される。
2.5. FIG. 15 and FIG. 16 show forward feed while rotating the
第1ホイール10が左回転されることで、軸状部材1が図16の外力Fにより前進方向(+X)に送り移動されることは容易に理解される。図14(A)に基づいて、従動ローラー30Aの従動回転により軸状部材1に付与される、図16の外力F以外の外力ついて説明する。なお、図15に示すように、回転駆動されない第2ホイール20の従動ローラー30Bは軸状部材1の移動により図15の矢印方向に従動回転されるが、従動ローラー30Bから軸状部材1に外力が付与されることはない。図14(A)において、第1ホイール10の従動ローラー30Aから軸状部材1に付与される回転接線方向の力(−Fl)は、X軸方向でマイナス向きの力(−Fl・cos45°)と、Z軸方向でマイナス向きの力(−Fl・sin45°)に分解される。
It is easily understood that when the
図14(A)のX軸方向でマイナス向きの力(−Fl・cos45°)が軸状部材1に付与されることで、軸状部材1を軸線方向(X軸方向)で後退送りさせる。しかし、この後退方向の力(−Fl・cos45°)は、第1ホイール10の回転により軸状部材1を前進方向(+X)に移動させる図16の外力Fよりも十分に小さい。よって、軸状部材1は図16及び図14(A)の前進方向(+X)に送り移動される。図14(A)のZ軸方向でマイナス向きの力(−Fl・sin45°)が、軸心回りで回転可能に支持される軸状部材1の左面に生ずる。よって、この力が軸状部材1の左面に作用して、軸状部材1の軸心周りで軸状部材1を左回転させる。
When a negative force (−Fl · cos 45 °) in the X-axis direction in FIG. 14A is applied to the shaft-
2.6.軸状部材の後退送り+右回転
図17及び図18は、軸状部材1を右回転しながらの後退送りを示している。図17及び図18に示すように、第1ホイール10が右回転される一方で第2ホイール20は駆動停止される。
2.6. FIG. 17 and FIG. 18 show backward feed while rotating the
第1ホイール10が右回転されることで、軸状部材1が図18の外力Fにより後退方向(−X)に送り移動されることは容易に理解される。図11(A)に基づいて、従動ローラー30Aの従動回転により軸状部材1に付与される、図18の外力F以外の外力ついて説明する。なお、図17に示すように、回転駆動されない第2ホイール20の従動ローラー30Bは軸状部材1の移動により図17の矢印方向に従動回転されるが、従動ローラー30Bから軸状部材1に外力が付与されることはない。図11(A)において、第1ホイール10の従動ローラー30Aから軸状部材1に付与される回転接線方向の力(Fl)は、X軸方向でプラス向きの力(Fl・cos45°)と、Z軸方向でプラス向きの力(Fl・sin45°)に分解される。
It is easily understood that when the
図11(A)のX軸方向でプラス向きの力(Fl・cos45°)が軸状部材1に付与されることで、軸状部材1を軸線方向(X軸方向)で前進送りさせる。しかし、この前進方向の力(Fl・cos45°)は、第1ホイール10の回転により軸状部材1を後退方向(−X)に移動させる図18の外力Fよりも十分に小さい。よって、軸状部材1は図18及び図11(A)の後退方向(−X)に送り移動される。図11(A)のZ軸方向でプラス向きの力(Fl・sin45°)が、軸心回りで回転可能に支持される軸状部材1の左面に生ずる。よって、この力が軸状部材1の左面に作用して、軸状部材1の軸心周りで軸状部材1を右回転させる。
When a positive force (Fl · cos 45 °) in the X-axis direction in FIG. 11A is applied to the shaft-
2.7.軸状部材の前進送り+右回転
図19及び図20は、軸状部材1を右回転しながらの前進送りを示している。図19及び図20に示すように、第2ホイール20が右回転される一方で第1ホイール10は駆動停止される。
2.7. Forward feed of shaft member + right rotation FIGS. 19 and 20 show forward feed while rotating the
第2ホイール20が右回転されることで、軸状部材1が図20の外力Fにより前進方向(+X)に送り移動さされることは容易に理解される。図11(B)に基づいて、従動ローラー30Bの従動回転により軸状部材1に付与される、図20の外力F以外の外力ついて説明する。なお、図19に示すように、回転駆動されない第1ホイール10の従動ローラー30Aは軸状部材1の移動により図19の矢印方向に従動回転されるが、従動ローラー30Aから軸状部材1に外力が付与されることはない。図11(B)において、第2ホイール20の従動ローラー30Bから軸状部材1に付与される回転接線方向の力(−Fr)は、X軸方向でマイナス向きの力(−Fr・cos45°)と、Z軸方向でマイナス向きの力(−Fr・sin45°)に分解される。
It is easily understood that when the
X軸方向でマイナス向きの力(−Fr・cos45°)が軸状部材1に付与されることで、軸状部材1を軸線方向(X軸方向)で後退送りさせる。しかし、この後退方向の力(−Fr・cos45°)は、第2ホイール20の回転により軸状部材1を前進方向(+X)に移動させる図20の外力Fよりも十分に小さい。よって、軸状部材1は図20及び図11(B)の前進方向(+X)に送り移動される。図11(B)のZ軸方向でマイナス向きの力(−Fr・sin45°)が、軸状部材1の回転接線方向に付与される。よって、図11(B)のZ軸方向でマイナス向きの力(−Fr・sin45°)が、軸状部材1の右面に作用することで、軸状部材1の軸心周りで軸状部材1を右回転させる。
By applying a negative force (−Fr · cos 45 °) to the
2.8.軸状部材の後退送り+左回転
図21及び図22は、軸状部材1を左回転しながらの後退送りを示している。図21及び図22に示すように、第2ホイール20が左回転される一方で第1ホイール10は駆動停止される。
2.8. FIG. 21 and FIG. 22 show backward feed while rotating the
第2ホイール20が左回転されることで、軸状部材1が図22の外力Fにより後退方向(−X)に送り移動されることは容易に理解される。図14(B)に基づいて、従動ローラー30Bの従動回転により軸状部材1に付与される、図22の外力F以外の外力ついて説明する。なお、図21に示すように、回転駆動されない第1ホイール10の従動ローラー30Aは軸状部材1の移動により図21の矢印方向に従動回転されるが、従動ローラー30Aから軸状部材1に外力が付与されることはない。図14(B)において、第2ホイール20の従動ローラー30Bから軸状部材1に付与される回転接線方向の力(Fr)は、X軸方向でプラス向きの力(Fr・cos45°)と、Z軸方向でプラス向きの力(Fr・sin45°)に分解される。
It is easily understood that when the
図14(B)のX軸方向でプラス向きの力(Fr・cos45°)が軸状部材1に付与されることで、軸状部材1を軸線方向(X軸方向)で前進送りさせる。しかし、この前進方向の力(Fl・cos45°)は、第2ホイール20の回転により軸状部材1を後退方向(−X)に移動させる図22の外力Fよりも十分に小さい。よって、軸状部材1は図22及び図14(B)の後退方向(−X)に送り移動される。図14(B)のZ軸方向でプラス向きの力(Fr・sin45°)が、軸状部材1の回転接線方向に付与される。よって、図11(B)のZ軸方向でプラス向きの力(Fr・sin45°)が、軸状部1の右面に作用することで、軸状部材1の軸心周りで軸状部材1を左回転させる。
When a positive force (Fr · cos 45 °) in the X-axis direction in FIG. 14B is applied to the shaft-
なお、図15〜図22において、第1,第2ホイール10,20の一方を回転させ他方を停止させたが、第1,第2ホイール10,20を、回転速度差をもって共に回転させてもよい。
In FIGS. 15 to 22, one of the first and
3.送り移動装置の詳細
次に、上述した送り移動装置100の一構成例を図23〜図25を参照して説明する。送り移動装置100は、図24に示すように、ベース盤50に固定されたガイド51,52に沿ってY軸方向にスライド移動可能な第1可動部60及び第2可動部70を有する。第1可動部60には、図23に示すように第1ホイール10の第1自転軸11を駆動する第1モーター61が搭載される。第2可動部70には第2ホイール20の第2自転軸21を駆動する第2モーター71が搭載される。図23及び図25に示すように、第1モーター61の出力軸に固定された平歯車62は、第1自転軸11に固定された冠歯車(クラウンギア)63と噛み合うことで、回転力が直交変換される。同様に、第2モーター71の出力軸に固定された平歯車72は、第2自転軸21に固定された冠歯車(クラウンギア)73と噛み合うことで、回転力が直交変換される。本実施形態では、第1モーター61と2つの歯車62,63とで第1回転駆動部が構成され、第2モーター71と2つの歯車72,73とで第2回転駆動部が構成される。ただし、第1モーター61を第1自転軸に直結させ、第2モーター71を第2自転軸21に直結させて、直交変換用歯車を省略してもよい。
3. Next, an example of the configuration of the
図23に示すように、第1可動部60と第2可動部70とは付勢部材例えば引っ張りコイルスプリング53で連結されている。それにより、図23に示すように、第1ホイール10の従動ローラー30Aと、第2ホイール20の従動ローラー30Bとの間で、軸状部材1は弾性的に挟持される。ただし、従動ローラー30A,30Bの転接面が弾性を有し、かつ、第1,第2可動部60,70のY軸方向の任意位置で固定できれば、付勢部材53は省略しても良い。
As shown in FIG. 23, the first
図24及び図25に示すように、ベース盤50に軸状部材1の第1ガイド80及び第2ガイド90を設けても良い。第1ガイド80及び第2ガイド90は、第1ホイール10及び第2ホイール20により挟持される軸状部材1の位置を挟んで、X軸方向の両側に配置される。第1ガイド80では、玉軸受け81を保持する下部固定部82と、玉軸受け83を保持する上部可動部84との間に付勢部材例えば引っ張りコイルスプリング85が配置される。それにより、2つの玉軸受け81,83の間に軸状部材1が送り移動及び回転可能に保持される。同様に、第2ガイド90では、玉軸受け91を保持する下部固定部92と、玉軸受け93を保持する上部可動部94との間に付勢部材例えば引っ張りコイルスプリング95が配置される。
As shown in FIGS. 24 and 25, a
4.内視鏡装置
次に、上述した送り移動装置100を用いた内視鏡装置200について、図26〜図28を参照して説明する。内視鏡装置200は、軸状部材1として内視鏡2が供給される送り装置100と、送り装置100のコントローラー110、内視鏡2のコントローラー120と、コントローラー110,120と接続されたパーソナルコンピューター(PC)130と、PC130に接続されたモニター140とを含む。内視鏡2は、ベッド150上の患者3の大腸に挿入される。このとき、挿入補助機160を用いても良い。医師4は、PC130に接続されるキーボードやマウスなどの入力装置を介して内視鏡2を操作する。内視鏡2の前進、後退、右回転、左回転、あるいはそれらの組み合わせは、医師4により操作入力された情報がPC130、コントローラー110を介して第1,第2モーター61,71に伝達されることで実施される。
4. Endoscope apparatus Next, an
図28(A)〜図28(D)は、送り装置100を用いて行われる軸保持短縮法を模式的に示している。図28(A)では、送り装置100により内視鏡2が大腸内に挿入されて前進される。図28(A)に示すように内視鏡2の先端部が内視鏡コントローラー120により折り曲げられた後に、送り装置100により内視鏡2が例えば左右に回転される。それにより、図28(B)に示すように、内視鏡2が挿入された大腸部位がほぼ真っ直ぐになる。次に、図28(B)に示すように、送り装置100により内視鏡2が後退される。それにより、図28(C)に示すように、内視鏡2が挿入された大腸部位は短縮される。図28(C)に示す状態から、送り装置100により内視鏡2をさらに後退させながら内視鏡2を例えば左右に回転させる。これにより、図28(D)に示すように、大腸のS字状部分は比較的なだらかとなるので、その後の内視鏡2の前進送りを円滑に実施することができる。
FIGS. 28A to 28D schematically show a shaft holding shortening method performed by using the
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。 Although the present embodiment has been described in detail as described above, those skilled in the art can easily understand that many modifications that do not substantially depart from the novel matter and effects of the present invention are possible. Therefore, such modifications are all included in the scope of the present invention.
例えば、本発明の送り移動される対象の軸状部材としては、内視鏡の他にカテーテル等の医療器具であっても良いし、あるいは工業用内視鏡、敷設用ケーブル、管路洗浄用チューブ等の非医療器具であっても良い。 For example, the shaft member to be fed and moved according to the present invention may be a medical instrument such as a catheter in addition to an endoscope, or an industrial endoscope, a cable for laying, and a pipe for cleaning a conduit. It may be a non-medical device such as a tube.
また、第1,第2ホイール10,20は、メカナムホイールに限らず、自転軸と従動軸との傾斜角θが45°以外のものや、オムニホイールを改良したもの等を採用してもよい。要は、従動ローラー30から軸状部材1に、軸状部材1の軸線方向以外の分力を含む外力を付与できればよい。
Further, the first and
第1,第2ホイール10,20を有する送り装置100を、軸状部材1に沿って複数配置して、送り移動力を増大させても良い。この場合、送り装置100の第1モーター61及び第2モーター71を、複数の送り装置100間で同期させることができる。あるいは、各送り装置100で第1モーター61を共用し、かつ、第2モーター71を共用しても良い。
A plurality of feeding
1 軸状部材、2 内視鏡、3 患者、4 医師、10 第1ホイール、11 第1自転軸、20 第2ホイール、21 第2自転軸、30,30A,30B 従動ローラー、31,31A,31B 従動軸、40 ローラー支持部材、40A 自由端部、61〜63 第1回転駆動部、71〜73 第2回転駆動部、100 送り移動装置、110 コントローラー
Claims (9)
第2自転軸を有する第2ホイールと、
前記第1自転軸を正方向または逆方向に駆動する第1回転駆動部と、
前記第2自転軸を正方向または逆方向に駆動する第2回転駆動部と、
を有し、
送り移動される軸状部材を挟んで、前記第1ホイール及び前記第2ホイールが前記軸状部材の両側に配置され、
前記第1ホイール及び前記第2ホイールの各々は、前記軸状部材と接触する位置を含む回転軌跡上に転接面を有する複数の従動ローラーを有し、
前記複数の従動ローラーは、その従動回転により、前記軸状部材の軸方向以外の方向に送り移動させる外力を前記軸状部材に付与することを特徴とする軸状部材の送り移動装置。 A first wheel having a first rotation axis;
A second wheel having a second rotation axis;
A first rotation drive unit that drives the first rotation axis in a forward direction or a reverse direction;
A second rotation drive unit that drives the second rotation axis in a forward direction or a reverse direction;
Has,
The first wheel and the second wheel are arranged on both sides of the shaft member, with the shaft member to be fed and moved interposed therebetween,
Each of the first wheel and the second wheel has a plurality of driven rollers having a rolling contact surface on a rotation trajectory including a position in contact with the shaft member,
The feed movement device for a shaft-like member, wherein the plurality of driven rollers apply an external force to the shaft-like member to be moved in a direction other than the axial direction of the shaft-like member by the driven rotation.
前記外力は、前記軸状部材の軸線回りに前記軸状部材を回転させる力であることを特徴とする軸状部材の送り移動装置。 In claim 1,
The said external force is a force which rotates the said shaft-shaped member about the axis line of the said shaft-shaped member, The feed moving apparatus of the shaft-shaped member characterized by the above-mentioned.
前記複数の従動ローラーの各々の従動軸は、前記第1自転軸及び前記第2自転軸の対応する一方と非平行であることを特徴とする軸状部材の送り移動装置。 In claim 1 or 2,
The apparatus according to claim 1, wherein a driven shaft of each of the plurality of driven rollers is non-parallel to a corresponding one of the first rotation axis and the second rotation axis.
前記軸状部材の軸方向から見た側面視で、前記軸状部材の横断面中心を通り、かつ、前記第1自転軸及び前記第2自転軸と平行な中心線に対して、前記第1ホイールの前記複数の従動ローラーと、前記第2ホイールの前記複数の従動ローラーとは、線対称であることを特徴とする軸状部材の送り移動装置。 In claim 3,
In a side view as viewed from the axial direction of the shaft-like member, the first axis passes through the center of the cross-section of the shaft-like member and is parallel to a center line parallel to the first rotation axis and the second rotation axis. The plurality of driven rollers of a wheel and the plurality of driven rollers of the second wheel are line-symmetrical, and the feeder / moving device for a shaft-shaped member is characterized in that:
前記従動軸が前記第1自転軸及び前記第2自転軸の対応する一方に対して傾斜する傾斜角は、45°であることを特徴とする軸状部材の送り移動装置。 In claim 3 or 4,
An apparatus for feeding and moving a shaft-like member, wherein an inclination angle at which the driven shaft is inclined with respect to a corresponding one of the first rotation axis and the second rotation axis is 45 °.
前記軸状部材は、内視鏡またはカテーテルを含む医療器具であることを特徴とする軸状部材の送り移動装置。 In any one of claims 1 to 5,
The shaft-shaped member is a medical device including an endoscope or a catheter, and is a feed-moving device for the shaft-shaped member.
前記軸状部材は、工業用内視鏡を含む非医療器具であることを特徴とする軸状部材の送り移動装置。 In any one of claims 1 to 5,
The said shaft-shaped member is a non-medical instrument including an industrial endoscope, The feed moving apparatus of the shaft-shaped member characterized by the above-mentioned.
前記軸状部材を、前進または後退移動する工程と、
前記軸状部材を、前記軸状部材の軸線回りに回転させる工程と、
を有することを特徴とする軸状部材の送り移動方法。 A method for feeding and moving the shaft-shaped member using the shaft-shaped member feeding and moving device according to claim 7,
A step of moving the shaft member forward or backward,
Rotating the shaft member around the axis of the shaft member;
A method for feeding and moving a shaft-shaped member, comprising:
前記軸状部材を、前進または後退移動させながら、前記軸線回りに回転させる工程を有することを特徴とする軸状部材の送り移動方法。 In claim 8,
A step of rotating the shaft member around the axis while moving the shaft member forward or backward.
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