JP3349759B2 - 可撓管湾曲操作装置及び内視鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、印加電圧による圧電素
子（電歪素子を含む）の伸縮動作を利用した圧電アクチ
ュエータにより湾曲操作を行う可撓管湾曲操作装置及び
これを有する内視鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内視鏡の挿入部は可撓管に湾曲
部を設け、この湾曲部は操作ワイヤで押引きすることに
より湾曲操作される。湾曲部には関節駒が設けられ、こ
の関節駒が回動して湾曲するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
湾曲駆動手段は、湾曲操作ワイヤによる押引き操作で行
うため、その湾曲操作ワイヤが必要であり、ワイヤを案
内したり取付けたりする構造が必要であり、可撓管の細
径化の妨げとなっている。また、湾曲操作ワイヤは長尺
な挿入部の手元側から遠隔的に押引き操作するため、か
なり大きな牽引力が必要であった。

【０００４】本発明は前記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、構成部品数が少なく、加
工、組み立てのコストを低減できる圧電アクチュエータ
を利用し、この圧電アクチュエータを組み込む可撓管の
細径小形化が図れる可撓管湾曲操作装置及びこれを有す
る内視鏡を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、可撓管の隣接
する湾曲駒の一方を静止部材とし、この静止部材に対し
て摩擦係合する他方の湾曲駒を移動体とし、駆動用電圧
を印可することで伸縮する圧電素子の伸縮方向の一端を
移動体側に固定すると共に圧電素子の他端を別部材の慣
性体を設けることのない自由端とした圧電アクチュエー
タにより前記可撓管を湾曲する可撓管湾曲装置、及びこ
の可撓管湾曲装置を有する内視鏡である。

【０００６】

【実施例】図１ないし図５を参照して、本発明の第１の
実施例について説明する。図１は内視鏡の挿入部におけ
る湾曲部１を示し、先端湾曲駒２とこれの後端に先端が
枢着される中間湾曲駒３とを備える。先端湾曲駒２と中
間湾曲駒３は枢着ピン４で上下方向に屈曲するように連
結されている。先端湾駒２と中間湾曲駒３の連結部分は
枢着ピン４で所定の摩擦力を発生させる摩擦係合部５を
構成している。

【０００７】この先端湾駒２と中間湾曲駒３には、以下
に述べるような圧電アクチュエータを組み込む。すなわ
ち、先端湾駒２は中間湾曲駒３に対して移動体６とな
り、先端湾駒２に対して中間湾曲駒３は静止部材７とな
る。そして、前述した摩擦係合部５を介して相対的に移
動（回動）するようになっている。さらに、先端湾駒２
の回動端の上面部と下面部にはそれぞれ積層型圧電素子
８が取着されている。

【０００８】積層型圧電素子８はその結晶板の積層方向
が先端湾駒２の軸方向に直交させて、その一端面を先端
湾駒２の面部に貼り付けている。つまり、積層型圧電素
子８は上下対称に設けられ、先端湾駒２の回転中心を中
心とする仮想中心円の接線方向にその伸縮軸方向を向け
て設置する。一対の積層型圧電素子８の向きは逆向きに
なる。また、積層型圧電素子８を設ける面部分は、凹部
９として形成されており、前述した積層型圧電素子８は
その凹部９の深さ内に収められている。

【０００９】前記積層型圧電素子８の他端側部分は自由
端となっており、これには別の部材としての慣性体を実
質的に設けていない。しかし、慣性体としての作用を期
待しない、例えば弾性部材で圧電素子の部分を保持する
ようなものも含むものである。各積層型圧電素子８には
これに駆動電圧を給電するリード線（図示しない。）が
接続されている。リード線は内視鏡の挿入部内を通じて
アクチュエータ駆動制御装置に接続されている。

【００１０】次に、積層型圧電素子８を備えた先端湾駒
２を移動体６とした前記構成の圧電アクチュエータの作
用について説明する。まず、図２（Ａ）で示す波形の駆
動信号を一方の積層型圧電素子８に印加する場合につい
て説明する。この場合、圧電アクチュエータは図３
（Ａ）のａ，ｂ，ａの手順で動作する。

【００１１】最初、図３（Ａ）のａで示すように、移動
体６としての先端湾駒２は静止部材としての中間湾曲駒
３に圧接され、摩擦係合状態で静止している。そして、
この状態で、図２（Ａ）で示す波形の駆動電圧を印加す
ると、その波形のａ領域では圧電素子８はゆっくり縮
み、ｂ領域では急激に伸びるというサイクルを繰り返
す。

【００１２】すなわち、駆動波形のａ領域で、圧電素子
８はゆっくりと縮むため、この場合、移動体６は静止部
材７に摩擦力で係合された状態で固定され続ける。ま
た、駆動波形のｂ領域では、圧電素子８が急激に伸びる
ため、次の理由によって移動体６は図３中の左方向へ移
動体６を押圧する衝撃力が発生する。つまり、圧電素子
８自身の質量に伴う慣性力が発生し、移動体６はこの圧
電素子８からの衝撃力によって図３中の左方向へ微小
量、回転移動する。この場合、圧電素子８の自重と移動
体６の質量との両者により決まる重心を不動点として図
３（Ａ）のｂに示すように図中左方向へ微小量、回転移
動する。この後のａ領域では、圧電素子８は、ゆっくり
と縮む。これを繰り返すことにより前記重心位置を図中
左方向へ微小量づつ移動する。

【００１３】一方、図２（Ｂ）で示す波形の駆動電圧を
印加する場合には図３（Ｂ）のｃ，ｄ，ｃの手順で動作
する。この駆動波形でのｃ領域では圧電素子８がゆっく
り伸び、ｄ領域では急激に縮むサイクルをくり返す。そ
して、駆動波形のｃ領域で圧電素子８がゆっくり伸びる
場合には移動体６は図３（Ｂ）のｃに示すように静止部
材７との接触面の摩擦力で静止したままの状態で保持さ
れる。

【００１４】さらに、駆動波形のｄ領域で圧電素子８が
急激に縮むが、この場合にはその圧電素子８の急激な収
縮動作によって移動体６を図３（Ｂ）中で右方向に引っ
張る衝撃力が発生するため、移動体６はこの圧電素子８
からの衝撃力によって圧電素子８の自重と移動体６の質
量とにより決まる重心を不動点として図３（Ｂ）のｄに
示すように図中右方向に移動する。

【００１５】したがって、この圧電アクチュエータの動
作は、圧電素子８に図２の（Ａ）の波形の駆動電圧が印
加される場合には移動体６が図３中での左方向に移動
し、先端湾駒２を中間湾曲駒３に対して回動する。ま
た、圧電素子８に図２の（Ｂ）の波形の駆動電圧を印加
する場合には移動体６が図３中で右方向へ移動し、先端
湾駒２は逆向き回動する。

【００１６】なお、各圧電素子８に異なる（Ａ）（Ｂ）
の波形の駆動信号を同時に印加すると、移動体６として
の先端湾駒２に対して同じ向きに回転モーメントを与え
るものとして働き、先端湾駒２を２倍の駆動力で回転さ
せることができる。

【００１７】ここで、湾曲駆動力を与える構成の圧電ア
クチュエータを移動体６と圧電素子８のみとによって構
成し、従来の圧電アクチュエータで使用されていた別部
材の慣性体を設けることを省略したから、従来の圧電ア
クチュエータに比べてそれの構成部品数が少なく、その
加工、組み立てのコストを低減することができる。ま
た、圧電アクチュエータのユニット全体を小形化するこ
とができる。したがって、これを可撓管の湾曲部１に組
み込み易い。また、外部から機械的な衝撃を受けた際に
過大な衝撃が少なく圧電素子８が破損しにくい。

【００１８】さらに、先端湾駒２を利用して移動体６、
中間湾曲駒３を利用して静止部材７とし、その先端湾駒
２の面部を利用して圧電素子８をコンパクトに組み込め
るから、この可撓管の湾曲部１の部材を有効に利用して
組み込める。このため、特に、構成部品数の低減化と、
その加工、組み立てのコストの低減化が図れる。また、
さらに、可撓管の湾曲部１の部分の細径小形化が達成で
きる。

【００１９】また、前記圧電アクチュエータの圧電素子
８に印加する駆動信号の波形としては、図４や図５で示
すような波形のものでも駆動可能である。図４（ａ）の
駆動波形の電圧を圧電素子８に印加した場合には電圧の
時間微分値が不連続に反転する点（圧電素子８の運動が
伸び方向から急に縮み方向に変わる点）Ｐで、移動体６
が左方向に滑る。このときのステップ移動量は通常数μ
ｍ以下程度になる。図４（ｂ）の駆動波形の電圧を圧電
素子８に印加した場合には電圧の時間微分値が不連続に
反転する点（圧電素子８の運動が縮み方向から急に伸び
方向に変わる点）Ｐで、移動体６が右方向に滑る。駆動
波形の他の点では滑らない。

【００２０】図５で示すような波形でも、前述した図２
で示した場合のものと同様に駆動可能であるが、（ａ）
で示す波形では左方向へ回転移動し、（ｂ）で示す波形
では右方向へ回転移動する。

【００２１】なお、前記圧電素子８を設ける場所は先端
湾駒２の部材に直接取着しなくともよい。先端湾駒２に
連結される部材や内視鏡用フード等に設けてもよい。そ
の部材等は先端湾駒２と機能的に一体となって移動部材
となる。また、この圧電アクチュエータの関係は前記中
間湾曲駒３とこれの手元側に続く隣接した中間湾曲駒と
の間に構成してもよい。さらに、各中間湾曲駒の間にそ
れぞれ構成してもよいものである。

【００２２】図６は本発明の第２の実施例を示すもので
ある。これは圧電素子８の設け方が前記第１の実施例の
ものと異なる。すなわち、先端湾駒２の端縁部分内面
に、先端湾駒２の回転中心に偏心して圧電素子８を取着
し、その結晶板の積層方向を先端湾駒２の軸方向に一致
させて設けたものである。前述したような駆動電圧を印
加したことにより圧電素子８は先端湾駒２の回転中心と
する回転モーメントを先端湾駒２に与える衝撃力を発生
する。そして、前述したと同様に選択的に駆動信号を印
加することにより先端湾駒２を回動することができる。

【００２３】図７および図８は、本発明の第３の実施例
を示すものである。この内視鏡の挿入部用可撓管１０に
おける湾曲部１１をその可撓管１０の内部において上下
に配置した圧電アクチュエータ１２によってこれに対応
したそれぞれのアングルワイヤ１３を牽引して湾曲駆動
するものである。湾曲部１１は複数の湾曲駒１４を上下
に回動するように枢着して連結し、湾曲部１１を全体的
にも上下に湾曲できる構成とした。

【００２４】圧電アクチュエータ１２は図８で示すよう
に構成される。すなわち、筒状の静止部材１５に摺接す
る移動体１６と積層型圧電素子１７を有している。別部
材としての慣性体は設けない。移動体１６は基部から後
方へ複数の脚部１８を延出してなり、その複数の脚部１
８は弾性的に拡がる。脚部１８の先端部外側には摺接用
突起１９を設け、この突起１９が前記静止部材１５の内
面に対して弾性的に圧接する。

【００２５】積層型圧電素子１７は複数の結晶板を積層
してなり、その積層方向の前端を移動体１６の基部に取
り付ける。そして、圧電素子１７の他端側は自由端とな
って後方へ突出している。そして、電圧を印加すること
によりその結晶板の積層方向に伸縮する。

【００２６】圧電素子１７の自由端には電極に導通する
フレシキブルなリード線２１が接続されている。そし
て、このリード線２１を通じて前述した例えば図２で示
すような波形の駆動信号を圧電素子１７に印加すると、
移動体１６は図３で示すような移動を行う。

【００２７】また、この各圧電アクチュエータ１２の移
動体１６にはそれぞれアングルワイヤ１３が取着され、
この各アングルワイヤ１３は前記湾曲部１１まで延出さ
れ、最先端の湾曲駒１４の対応する上下端１４ａにそれ
ぞれ連結される。しかして、例えば上側の圧電アクチュ
エータ１２を駆動して上側のアングルワイヤ１３を牽引
すれば、湾曲部１１を上向きに湾曲する。また、下側の
圧電アクチュエータ１２を駆動して下側のアングルワイ
ヤ１３を牽引すれば、湾曲部１１を下向きに湾曲する。

【００２８】図９および図１０は、本発明の第４の実施
例を示すものである。これは第３の実施例と同様、内視
鏡の挿入部用可撓管１０における湾曲部１１をその可撓
管１０の内部において上下に配置した圧電アクチュエー
タ１２によってこれに対応したそれぞれのアングルワイ
ヤ１３を牽引して湾曲駆動するものである。

【００２９】だだし、圧電アクチュエータ１２の構成が
異なる。すなわち、静止部材は可撓管２６とし、その内
面に摺接する中空の移動体２７を設ける点が基本的に異
なる。他は実施的に同じである。移動体２７はその基部
から後方へ複数の脚部２８を延出してなり、その複数の
脚部２８が弾性的に拡がり、可撓管２６の内面に摺接す
る。移動体２７には円筒型の積層型圧電素子２９を有し
ている。別部材としての慣性体は設けない。

【００３０】このような圧電アクチュエータ１２を２
個、可撓管２６に前後にずらして配設する。各圧電アク
チュエータ１２の積層型圧電素子２９にはそれぞれアン
グルワイヤ１３が取着され、この各アングルワイヤ１３
の延出先端は前記湾曲部１１まで延出され、最先端の湾
曲駒１４の対応する上下端１４ａにそれぞれ連結され
る。しかして、例えば上側の圧電アクチュエータ１２を
駆動して上側のアングルワイヤ１３を牽引すれば、湾曲
部１１を上向きに湾曲する。また、下側の圧電アクチュ
エータ１２を駆動して下側のアングルワイヤ１３を牽引
すれば、湾曲部１１を下向きに湾曲する。

【００３１】また、中空の移動体２７および積層型圧電
素子２９の内部には、ライトガイドやイメージガイドな
どの内蔵部材３０が挿通される。この構成によれば、圧
電アクチュエータ１２を設置するスペース効率がよく可
撓管１０の細径化が図れる。

【００３２】図１１は前述したような形式の圧電アクチ
ュエータ３１を利用して側視型内視鏡の鉗子チャンネル
３２のチャンネル口３３に設けた鉗子起上台３４を起伏
操作するようにしたものである。鉗子起上台３４は基端
を枢着してなり、鉗子起上台３４の裏面には圧電アクチ
ュエータ３１の移動体３５が静止部材としての先端部本
体３６に形成したガイド孔３７に嵌挿されている。この
移動体３５はガイド孔３７の内面に対して弾性的に圧接
する脚部３８が設けられている。移動体３５には積層型
圧電素子３９を有している。この圧電アクチュエータ３
１には別部材としての慣性体を実質的に設けない。な
お、圧電素子３９の外周にはパリレン等の防水コートを
付して防水処理を行ってある。

【００３３】前記リード線４０を通じて圧電素子３９に
前述したような駆動信号を印加することにより移動体３
５を進退移動できる。そして、この移動体３５の移動に
より鉗子起上台３４を起伏操作し、処置具４１の導出方
向を選ぶことができる。なお、図１１中、４２は照明光
学部、４３は観察光学部である。

【００３４】図１２は、前述したような形式、つまり、
特別に別部材の慣性体を取着しないで構成した圧電アク
チュエータ５０を内視鏡における送気送水等を行うポン
プ手段として利用するものである。つまり、送気送水ノ
ズル５１に流体を供給する管路５２の途中に連通したダ
イヤフラム５３を設け、このダイヤフラム５３を設ける
筒状の部材を静止部材５４とし、この静止部材５４の内
部に圧電アクチュエータ５０の移動体５５を配設する。

【００３５】移動体５５には静止部材５４の内面に対し
て弾性的に圧接する脚部５６が設けられている。移動体
５５には積層型圧電素子５７を有している。別部材とし
ての慣性体は設けない。なお、圧電素子５７のリード線
５８が接続されている。この圧電アクチュエータ５０を
前述したように駆動して引退動作を繰り返せば、この移
動体５５がダイヤフラム５３を押し引きし、送気送水ノ
ズル５１に流体を供給する。なお、同図中、６０は観察
用電子式撮像装置である。本発明は前記実施例のものに
限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で種々
の変形が可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、可撓管の
隣接する湾曲駒の一方を静止部材とし、この静止部材に
対して摩擦係合する他方の湾曲駒を移動体とし、この移
動体側には駆動用電圧を印加することで伸縮する圧電素
子を取着してなり、別部材の慣性体を設けることなく構
成した圧電アクチュエータにより可撓管を湾曲する可撓
管湾曲操作装置及びこれを有する内視鏡である。これに
よれば、いわゆる慣性体を別部材として設けないから、
圧電アクチュエータを構成する部品数が減り、それの加
工や組み立てのコストを低減することができる。また、
圧電アクチュエータ全体の小形化が達成でき、これを適
用する可撓管への組み込みが容易であり、さらに可撓管
の細径小形化を図ることができる。また、いわゆる慣性
体を別部材として設けないから、外部から機械的な衝撃
を受けた際、慣性体で衝撃を助長することが回避できる
ため、圧電素子に加わる衝撃を低減できる。したがっ
て、圧電素子が破損しにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示した可撓管の
斜視図。

【図２】圧電アクチュエータの圧電素子に印加する駆動
信号の波形図。

【図３】前記駆動信号を印加したときの圧電アクチュエ
ータの動作説明図。

【図４】圧電アクチュエータの圧電素子に印加する他の
駆動信号の波形図。

【図５】圧電アクチュエータの圧電素子に印加する異な
る他の駆動信号の波形図。

【図６】本発明の第２の実施例の構成を示した可撓管の
斜視図。

【図７】本発明の第３の実施例の構成を示した可撓管の
斜視図。

【図８】本発明の第３の実施例の圧電アクチュエータの
構成の説明図。

【図９】本発明の第４の実施例の圧電アクチュエータの
構成の説明図。

【図１０】本発明の第４の実施例の要部の拡大断面図。

【図１１】圧電アクチュエータを利用した内視鏡の鉗子
起上台起伏機構の説明図。

【図１２】圧電アクチュエータを利用した内視鏡の送気
送水ポンプの説明図。

【符号の説明】

１…湾曲部、２…先端湾駒、３…中間湾曲駒、４…枢着
ピン、５…摩擦係合部、６…移動体、７…静止部材、８
…積層型圧電素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 敬一 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 龍野 裕 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 吉野 謙二 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 植田 康弘 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 竹端 栄 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−180726（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−299785（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−207982（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 1/00 - 1/32 H02N 2/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可撓管の隣接する湾曲駒の一方を静止部
   材とし、 この静止部材に対して摩擦係合する他方の湾曲駒を移動
   体とし、 駆動用電圧を印可することで伸縮する圧電素子の伸縮方
   向の一端を前記移動体側に固定すると共に前記圧電素子
   の他端を別部材の慣性体を設けることのない自由端とし
   た圧電アクチュエータにより前記可撓管を湾曲すること
   を特徴とする可撓管湾曲装置。
2. 【請求項２】 可撓管の隣接する湾曲駒の一方を静止部
   材とし、 この静止部材に対して摩擦係合する他方の湾曲駒を移動
   体とし、 駆動用電圧を印可することで伸縮する圧電素子の伸縮方
   向の一端を前記移動体側に固定すると共に前記圧電素子
   の他端を別部材の慣性体を設けることのない自由端とし
   た圧電アクチュエータにより前記可撓管を湾曲する可撓
   管湾曲装置を有することを特徴とする内視鏡。