JP5893382B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡本体に小型モータを搭載し、湾曲部を所望する状態まで湾曲させる内視鏡装置に関する。

一般的な内視鏡装置において、内視鏡本体の挿入部が曲がりを有する管孔内に挿入された際に、観察者は、手動操作により操作部のアングルノブを回転させて、挿入部の先端側に設けられた湾曲部を曲げて、所望する画像を観察している。また、内視鏡本体の操作部内にモータを搭載して、アングルノブに替わってリモコンスイッチ等を操作して、電気駆動により湾曲部を曲げて、観察を行う内視鏡装置が提案されている。

さらに、例えば、特許文献１には、挿入部に連なるように配置された２つの湾曲部を備えて、一方の湾曲部を手動操作により湾曲させて、他方の湾曲部をモータによる電動操作により湾曲させる内視鏡が提案されている。他にも、特許文献２には、第１湾曲部と第２湾曲部を設け、共に湾曲角度をモータで制御しながら駆動させる内視鏡が開示されている。

特開平６−２１７９２９号公報 特開２０１０−０００２０１号公報 特開２００２−３１５７２０号公報

前述した湾曲部をモータで駆動する内視鏡装置においては、手動のタイプと比較して操作部があまり大型化せずに、重量も増加しないことが望まれている。このため、モータ及びその駆動機構は小型化されることが望ましい。一般的に、モータを小型化すると、出力性能（トルク出力等）が低くなる。このため、湾曲部を所望する曲げ操作できなくなることを懸念して、通常使用によるモータ自体の性能に依存し、十分な小型化が実現できていない。

また、モータは、一般に、消費される電流値と出力されるトルク値が比例関係にある。小型モータに対して、必要とするトルク値が性能上で上限に近い場合には、定常時に比べて、モータのコイルに最大電流を流すことになるため、熱損失によりモータ本体が高温化する。さらにトルクを得ようとした場合には、コイル線へのダメージ（焼損）に繋がり、好ましくはない。また、特許文献３には、湾曲部を湾曲動作させる挿入部内に設けられたワイヤに急激な過負荷が加わって破断することを防止するために、パルス状駆動電圧を利用する内視鏡装置が提案されている。

そこで本発明は、小型モータにより湾曲部の湾曲動作を行うことができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に従う実施形態は、観察光学系が設けられた先端側に湾曲部を配置し、管孔内に挿入可能な挿入部と、前記湾曲部を所望の屈曲角度に湾曲させる湾曲駆動機構と、前記湾曲部が前記湾曲駆動機構により所望の屈曲角度を示唆する湾曲量となるように指示する湾曲指示入力部と、前記湾曲指示入力部による指示に従い、前記湾曲駆動機構を湾曲させるための駆動力を発生させるモータと、前記湾曲量によって生じる前記湾曲部に作用する負荷と前記モータが発生する駆動力とを対応づけて設定された閾値に、湾曲動作に伴って得られる前記湾曲量、前記負荷及び駆動力のいずれかが達した際に、前記モータに通電している連続電流による駆動電源を、前記モータにおける最大許容温度以下の範囲で駆動可能な最大連続電流を超えるピーク値を有し、前記駆動部が前記最大許容温度以下に維持されるための非印加時間をサイクルに含むパルス電流によるパルス電源に切り換えて、前記モータに通電して駆動する制御部と、を具備する内視鏡装置を提供する。

本発明によれば、小型モータにより湾曲部の湾曲を行うことができる内視鏡装置を提供することができる。

図１は、本発明に係るモータを搭載する内視鏡システムの概念的な構成を示すブロック図である。 図２は、最大許容温度下でモータに印加するパルス電流と印加時間の一例を示す図である。 図３は、モータに通電するパルス電流のオン時間とオフ時間によるサイクルについて説明するための図である。 図４は、第１の実施形態に係るモータを搭載する内視鏡システムの概念的な構成を示す図である。 図５は、第１の実施形態の内視鏡の挿入部における第１湾曲部及び第２湾曲部と操作部の構成について概略を示す図である。 図６は、第１の実施形態における第２湾曲部の第１の駆動制御について説明するためのフローチャートである。 図７は、第１の実施形態における第２湾曲部の第２の駆動制御について説明するためのフローチャートである。 図８は、第２の実施形態の内視鏡の挿入部における第１湾曲部及び第２湾曲部と操作部の構成について概略を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の小型モータにより駆動される内視鏡システムの一構成例を示している。

この内視鏡システム１は、大別して、後述する小型モータを搭載する内視鏡本体２と、内視鏡本体２に照明光を与える光源３と、内視鏡本体２で撮像した画像信号を処理して標準的な映像信号を生成するビデオプロセッサ４と、映像信号によるカラー観察画像（内視鏡画像）を表示するモニタ５と、で構成される。

内視鏡本体２と光源３とは、画像・制御信号用ケーブル、駆動電源ケーブル及び光源３からの照明光を伝達するライトガイド等を内蔵するユニバーサルコード７がコネクタ６で着脱自在に接続されている。

ビデオプロセッサ４には、図示しない画像記録装置等を接続可能である。尚、内視鏡本体２とは別体の光源３の代わりに、照明光学系の一部としてＬＥＤ等の小型光源を内視鏡本体２内に設けてもよい。

内視鏡本体２は、操作部（内視鏡本体）８と挿入部９とで構成されている。操作部（内視鏡本体）８は、術者により湾曲部１４の湾曲操作等が行われる。挿入部９は、細長い形状であり、操作部８から延出され、図示しない管孔内に挿入され、管孔内の被検体（観察対象部位）を観察する。操作部８の側面に設けられた観察光学系コネクタ１５には、ユニバーサルコード７が接続されている。

挿入部９は、その先端に設けられた先端硬質部１６と、この先端硬質部１６の後端側に設けられ、操作部８の操作により湾曲自在の湾曲部１４と、湾曲部１４の後端側に設けられ軟性で管状の部材により形成される長尺で可撓性を有する管状部１７とを有する。すなわち、挿入部９は、先端硬質部１６、湾曲部１４及び管状部１７が、その先端側から基端側に向かって、連続して一体的に形成されている。

先端硬質部１６には、撮像部１８とライトガイド１９等が内蔵されている。撮像部１８は、観察光学系として、被写体像を結像するための撮像レンズ系及びＣＣＤやＣＭＯＳ等の図示しない固体撮像素子を駆動するための回路基板等が組み込まれている。ライトガイド１９は、照明光学系として、体腔内の観察対象部位を照明するための照明光を光源３から伝搬する。これにより、先端硬質部１６の先端面から被写体に照明光を照射して、照明した被写体を撮像部１８で撮像してビデオプロセッサ４で画像処理し、モニタ５に被写体の像を表示させる。

湾曲部１４は、公知の複数の湾曲駒で形成された湾曲管１４ａと、湾曲管１４ａの外側に配設されたブレードと、ブレードの外側に配設された外皮とを有する。湾曲部１４の湾曲管１４ａの先端には、各湾曲方向に対応して、例えば４本（２本のみ図示）のアングルワイヤ２２（Ｕ’，Ｄ’を図示）が固定されている。この湾曲部１４は、モータ２６の電動によりこれらのアングルワイヤが牽引され、屈曲動作を行う。つまり、これらのアングルワイヤにより、湾曲部１４を第１及び第２方向として上下（ＵＰ／ＤＯＷＮ）方向（Ｕ’，Ｄ’で示す）及び第３及び第４方向として左右（ＲＩＧＨＴ／ＬＥＦＴ）方向に湾曲させることが可能である。

図１に示すように、アングルワイヤ２２の基端側は、操作部８の内部のドラム２５に巻回されて固定されている。尚、この例においては、図を簡略化し、説明を理解しやすくするために、１つのモータと２本のワイヤを示している。

ドラム２５には、モータ２６及び、モータ２６の回転量（回転角度）ωを検知するエンコーダ（回転位置検知部）２７が配置されている。本実施形態では、モータ２６として、直流電源（パルス電源）により駆動するＤＣモータを想定しているが、これに限定されるものではない。尚、エンコーダ２７が検知したモータ２６の回転量ωから湾曲駆動機構の回転量を検知する。モータ２６は、湾曲部１４を湾曲させるための駆動力を発生する駆動部である。

これらの湾曲管１４ａ、ワイヤ２２、ドラム２５及びモータ２６は、湾曲部１４を湾曲させる湾曲駆動機構を形成する。ここでは、湾曲部１４が真っ直ぐの状態となる位置をモータ２６の初期位置（ニュートラル位置）として規定する。尚、図１及び図２では、モータ２６及びエンコーダ２７は、操作部８内に収納し、操作スイッチ（図示せず）が外部に露呈する構成であるが、特に限定されるものではなく、モータ２６が挿入部９側の内部に配置されてもよい。

次に、図１を参照して、モータ２６における駆動回路について説明する。
操作部８内に配置されるモータ駆動回路３１は、制御部３２と、モータ電源部３３と、ポテンションメータ３４とで構成される。また、操作部８の外装面には、湾曲指示入力部である操作スイッチ３０が設けられている。また、内視鏡本体を操作アーム等に装着する構成であれば、操作スイッチ３０は、別体となるリモコンスイッチであってもよい。また操作部８の小型化及び軽量化を図るために、モータ駆動回路３１は、ビデオプロセッサ４内に配置することも可能である。

制御部３２は、主として、制御用マイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵ又は演算処理部と称する）で構成される。具体的には、各部位の制御及び演算処理を行うＣＰＵ４１と、ポテンショメータ３４の抵抗値を測定する抵抗値測定部４２と、エンコーダ２７のパルスをカウントするカウント処理部４３と、モータ２６の発生トルクＴを算出するトルク算出部（トルク量検知部）４４と、閾値入力部（設定部）４５と、記憶部４６と構成される。

モータ電源部３３は、モータ２６を駆動するための電源（直流電源及びパルス電源）を生成する電源回路（図示せず）に加えて、モータ２６に通電される（又は、モータ２６に流れる）駆動電流Ｉを測定する電流測定部４７と、モータ２６に印加する電圧（又は、デューティー比）を設定する電圧設定部４８と、を有している。

抵抗値測定部４２は、ドラム２５と同期するポテンショメータ３４の抵抗値を測定する。この抵抗値は、ドラム２５によるＵＤ方向の操作量、すなわち入力量（回転角度）ψを得ることができ、湾曲部１４のＵＤ方向の湾曲量を推定する。閾値入力部（閾値設定部）４５は、湾曲部１４を湾曲動作させるための閾値角度を設定するために用いられる。記憶部４６は、閾値角度及び、操作スイッチ３０におけるＵＤ方向の操作量（屈曲部の回転角度）ψ、モータ２６の回転位置情報（回転角度）ω等を記憶する。また、カウント処理部４３は、エンコーダ２７から出力されたエンコーダパルスのカウント数からモータ２６の回転位置情報（回転角度）ωを得る。

［モータの駆動方法］
次に、本実施形態のモータ２６における駆動制御について説明する。図２は、本実施形態のモータ２６の特性図である。
一般に、モータ２６に流れる駆動電流Ｉと、モータ２６が出力する駆動力（トルク）Ｔとの関係は、Ｔ＝ｋ_ｍ・Ｉとして表わされる。ここで、ｋ_ｍはトルク定数でモータ２６毎に固有の値とする。よって、制御部３２は、モータ電源３３の電流測定部４７で測定した駆動電流Ｉに基づき、モータ２６が出力しているトルクＴを得ることができる。

このように、許容温度及び許容回転数の範囲内であれば、直流モータに供給する連続電流量と発生するトルクとは比例する関係にある。つまり、連続電流量を増加させれば、トルクも増大する。しかし、電流量の増加に伴いモータコイル（又は、ロータ）に発生する熱量（ジュール熱等）も増加する。モータ毎の設計仕様による最大連続電流を超える電流（過電流）を長時間流した場合には、予め設定された最大許容温度を超えてしまい、コイルが焼損し、モータが破損してしまう。ここでは、モータが何ら損傷せず、最大許容温度以下の範囲で駆動する最大連続電流を定格電流と称する。

しかし、コイルが最大許容温度以下の範囲であれば、短時間における過電流を流してモータを駆動することが可能である。モータの過電流による駆動時間は、モータの個々が有している巻線熱時定数により決定される。この駆動時間は、例えば、数秒程度から１分程度である。従って、モータを駆動するための印加時間の調整が容易な駆動電源として、オン時間とオフ時間が存在するパルス電圧が選択される。尚、このパルス電圧の波形は、オフ時間が存在すればよく、必ずしも正確なエッジを持つ矩形波である必要はない。

図２は、縦軸に、最大ピーク電流Ｉon／最大連続電流Ｉnの比を示し、横軸にはモータ駆動の割合を示している。即ち、縦軸の数値は、コイルに流す電流が最大連続電流の何倍であるか示唆す。ここでは、１倍から５倍の電流値を流している状態を示している。横軸は、単位時間Ｔあたりのモータが駆動されている割合（デューティー比）を示している。

また、図３に示すように、駆動電源となるパルス電圧のデューティー比においては、印加するパルスの単位時間（サイクル時間）Ｔあたりのモータ駆動（電圧印加）する通電時間ｔonと、モータ駆動（非電圧印加）していない非通電時間ｔoffとする。例えば、デューティー比が０．６であれば、時間ｔonが６０％であり、残りの４０％の時間は、駆動していない時間ｔoffである。

これらの特性は、最大許容温度を上限として、設定される数値であり、図２において、例えば、最大連続電流Ｉnの２倍のピーク電流Ｉonを流す場合には、デューティー比が０．２５であれば、最大許容温度を超えずに、連続して駆動させることができる。時間ｔon又はピーク電流Ｉonは、以下にように設定される。

Ｔ＝ｔon＋ｔoff
ｔon／Ｔ＝（Ｉn／Ｉon）² ・・・（１）
Ｉon＝Ｉn（Ｔ／ｔon）^1/2 ・・・（２）
但し、ｔon：オン時間、ｔoff：オフ時間、Ｔ：サイクル時間、Ｉn：最大連続電流、Ｉon：最大ピーク電流とする。

前述したように、モータに流れる駆動電流と発生するトルクは比例関係にあるため、ピーク電流Ｉonを最大連続電流Ｉnよりも大きくすることで、最大連続電流Ｉnの時に発生するトルクよりも大きいトルクを発生することができる。つまり、小型のモータ２６に連続電流を流して、通常使用していた場合に、屈曲部が屈曲量（又は、屈曲角度）に対応する負荷を発生させる。この関係を予め測定して、対応テーブルを作成する。従って、屈曲量又は屈曲角度が分かれば、屈曲部に作用する負荷の大きさが分かる。即ち、屈曲量により負荷が既知となる。

この負荷よりもモータが発生させるトルクが不足すると、それ以上に屈曲させようとしても、その位置で停止した状態となる。この停止状態の時に、その時の連続電流（通常、最大連続電流となる）Ｉnよりも大きいピーク電流Ｉonを有するパルス電圧を印加すれば、再度、移動を開始する。但し、このようなパルス電圧の印加による駆動は、連続電流による駆動に比べて、曲げ動作速度が遅くなる。つまり、操作応答が低下する。しかしながら、停止状態の時、つまり、パルス電圧の印加に切り換えられるのは、湾曲の可動範囲においても、かなり曲げられた状態であるため、移動速度における応答性は、それほど重要ではなく、実用の範囲内である。

［切り換えタイミング］
次に、モータ２６に供給（通電）される駆動電源における連続電流がパルス電流に切り換えられるタイミングについて説明する。
・第１の切り換えタイミングとして、屈曲させる操作を行っている最中に屈曲部１４の屈曲動作が停止してしまった時点とする。
この第１のタイミングは、屈曲部１４の屈曲動作が負荷により停止した時に、さらに曲げ動作を行うのに必要な駆動力となるトルクに基づいたピーク電流Ｉonが求められる。この値から求められたデューティー比（時間ｔon−ｔoff）のパルス駆動電源をモータ電源３３が生成する。モータ電源３３は、屈曲動作が停止したならば、直ちに、（最大）連続電流Ｉnによる駆動電源からパルス電流によるパルス駆動電源に切り換えて、モータ２６に供給する。この時、モータ２６は、最大許容温度以下を維持する。

・第２の切り換えタイミングとして、屈曲部１４の屈曲動作が停止する前で、モータ２６が出力するトルクが予め設定されたトルク閾値を超えた時点とする。
前述した対応テーブルにより、屈曲部１４の屈曲量（湾曲角度）からその時の負荷が既知になる。この負荷に対して、必要なトルクを求めることができる。そこで、予めモータ２６に対して通電された最大連続電流で発生させることができるトルクを求めておき、このトルク以下で近傍する値をトルク閾値として設定する。湾曲部における湾曲動作を行った際に、その時の湾曲部により発生する負荷の増大と共に、モータ２６のトルクも増大しており、いずれトルク閾値に到達する。

実際には、第２の切り換えタイミングは、湾曲部が湾曲動作されている際に、トルク算出部４４によりモータ２６が発生しているトルクを算出する。算出されたトルクが、設定されているトルク閾値を超えた際に、以降の曲げ動作に必要とするトルクに基づいたピーク電流Ｉonの値から、図２に照会して求められるデューティー比（時間ｔon−ｔoff）のパルス駆動電源をモータ電源３３が生成する。モータ電源３３は、最大連続電流による駆動電源からパルス電流（パルス電圧）による駆動電源に切り換えて、モータ２６に供給（通電）する。この時、モータ２６は、最大許容温度以下を維持する。尚、トルク閾値を超えてパルス電流による駆動電源に切り換えた後でモータ２６による屈曲動作が停止した場合には、第１の切り換えタイミングに移行してもよい。

・第３の切り換えタイミングとして、屈曲部１４の屈曲動作が停止する前で、屈曲動作時に検出される屈曲部の屈曲量（又は、湾曲角度）が予め設定された湾曲量閾値（又は、湾曲角度閾値）を超えた時点とする。
前述したように、湾曲量は、抵抗値測定部４２が測定したポテンショメータ３４の抵抗値から推定される。設計又は実測により、湾曲量から屈曲部１４に発生する負荷が得られ、この負荷に対して、湾曲部が湾曲動作可能なトルクを得ることができる。従って、モータ２６に対して通電された最大連続電流で発生させることができるトルクを求めて、上記関係を逆に辿れば、このトルクに対する湾曲部１４の湾曲量を得ることができ、この湾曲量を湾曲量閾値に設定する。

実際には、第３の切り換えタイミングは、湾曲部が湾曲動作されている際に、抵抗値測定部４２が取得した抵抗値から現在の湾曲部１４の湾曲量を推定する。そして、屈曲動作により屈曲量が増大して、屈曲量閾値を超えた際に、前述したと同様に、連続電流による駆動電源からパルス駆動電源に切り換えて、モータ２６に供給（通電）する。この時、モータ２６は、最大許容温度以下を維持する。

・第４の切り換えタイミングとして、屈曲部１４の屈曲動作が停止する前で、屈曲動作時に検出される屈曲部により発生する負荷が予め設定された負荷閾値を超えた時点とする。

実質的には、第２の切り換えタイミングと同様である。ここで、屈曲部における屈曲可能な負荷とトルクの関係は、設計又は実測により既知であるものとする。まずは、モータ２６に対して通電された最大連続電流で発生させることができるトルクを求める。このトルクに相当する負荷、つまり、このトルクに対して、かろうじて湾曲部が湾曲動作可能な負荷を負荷閾値とする。

実際には、第４の切り換えタイミングは、湾曲部が湾曲動作されている際に、抵抗値測定部４２が測定したポテンショメータ３４の抵抗値から湾曲部１４の湾曲量を推定する。そして、その屈曲量より屈曲部に作用する負荷を求める。屈曲量の増大により、求められた負荷が負荷閾値を超えた際に、前述したと同様に、連続電流による駆動電源からパルス駆動電源に切り換えて、モータ２６に供給（通電）する。この時、モータ２６は、最大許容温度以下を維持する。

・第５の切り換えタイミングとして、操作スイッチ３０におけるＵＤ方向の操作量が予め設定した閾値を超えた時点とする。
操作スイッチ３０の操作量が予め設定した操作量閾値を超えた際に、最大連続電流による電源からパルス電流（パルス電圧）による電源に切り換えてモータ２６に供給する。この操作量による屈曲部１４の屈曲量（又は、屈曲角度）で掛かる負荷を予め求めておき、その負荷に相当するトルクに基づいたピーク電流Ｉonの値から求められたデューティー比（時間ｔon−ｔoff）のパルス電圧をモータ電源３３が生成する。

・第６の切り換えタイミングとして、操作者が切り換えスイッチ等を設けておき、適宜選択して、最大連続電流による駆動電源からパルス電流（パルス電圧）による駆動電源に切り換えてモータ２６に供給してもよい。

以上の小型モータを搭載する内視鏡装置の駆動制御によれば、モータ２６が最大許容温度以下を維持する条件下において、最大連続電流よりも大きい駆動電流を断続的に供給して、最大連続電流で発生するトルク以上のトルクを発生させることにより、屈曲部の屈曲動作可能範囲の上限を高めることができる。よって、従来の最大連続電流により駆動されるモータよりも、モータが小型化（低定格化）を図ることができ、内視鏡本体の操作部の小型化及び軽量化を実現することかできる。

［第１の実施形態］
次に、前述した制御による小型モータを含む内視鏡システムの第１の実施形態について説明する。図４は、小型モータにより駆動される内視鏡システムの一構成例を示す概観図である。尚、本実施形態の構成部位について、前述した内視鏡システムの構成部位と同じものには、同じ参照符号を付してその説明を省略する。尚、本実施形態では、前述した湾曲部１４は、第２の湾曲部１４に対応する。本実施形態では、後述するアングルノブの操作に連動してモータ駆動を行うシステムであり、モータ自体への駆動を指示するスイッチは設けられていない。

本実施形態の内視鏡本体は、２つの第１，第２の湾曲部を有する構成である。挿入部の先端側に配置された第１の湾曲部１１は、２つ設けられたアングルノブ１２，１３を手動により駆動動作を行う。第１の湾曲部１１に連結する第２の湾曲部１４は、前述したモータ２６の電動により駆動動作を行う。即ち、本実施形態は、手動によりアングルノブ１２，１３を回転させることにより、同期して、第１の湾曲部１１が屈曲される。アングルノブ１２，１３の回転が予め定めた位置、即ち、閾値角度となった後は、第１の湾曲部１１は現在の屈曲状態を維持し、且つ第２の湾曲部１４が屈曲動作を開始する。以下、詳細に説明する。

図５は、本実施形態における湾曲操作のための操作部８と挿入部９の概念的な構成を示している。
挿入部９における第１湾曲部１１及び第２湾曲部１４は、それぞれ公知の複数の湾曲駒で形成された湾曲管（第１及び第２湾曲駆動機構）１１ａ，１４ａと、湾曲管１１ａ，１４ａの外側に配設されたブレードと、ブレードの外側に配設された外皮とを有する。

第１湾曲部１１の湾曲管１１ａの先端（一端）には、第１湾曲部１１の各湾曲方向に対応して、例えば、４本のアングルワイヤ２１（Ｕ，Ｄ，Ｒ，Ｌ）が固定されている。これらのうち、上下方向に湾曲させるアングルワイヤ２１（Ｕ，Ｄ）の後端（他端）は、操作部８の内部の第１ドラム２３に巻回されて固定される。また、第１湾曲部１１を左右方向に湾曲させるアングルワイヤ２１（Ｒ，Ｌ）は、第２ドラム２４に巻回されて固定される。

操作部８の外部には、第１ドラム２３を回動させる第１アングルノブ（湾曲操作入力部）１２と、第２ドラム２４を回動させる第２アングルノブ１３とが配設されている。これらの第１及び第２ドラム２３，２４、並びに、第１及び第２アングルノブ１２，１３は同一軸上に配置されている。

第１アングルノブ１２と第１ドラム２３とは同期して回転し、第１ドラム２３と第１アングルノブ１２とは同じ角度だけ回転する。同様に、第２アングルノブ１３を回転させると、第２ドラム２４と第２アングルノブ１３とは同じ角度だけ回転する。本実施形態では、湾曲管１１ａ、ワイヤ２１、第１ドラム２３、第１アングルノブ１２は、第１湾曲部１１を湾曲させる第１湾曲駆動機構を形成する。

このような構成により、アングルノブ１２，１３における回転操作により、第１湾曲部１１を第１及び第２方向として上下（ＵＰ／ＤＯＷＮ）方向（図５中にＵ，Ｄで示す）及び、第３方向及び、第４方向として左右（ＲＩＧＨＴ／ＬＥＦＴ）方向（図５中にＲ，Ｌで示す）に湾曲される。

次に、第２湾曲部１４をＵ方向及びＤ方向に湾曲させる２本のアングルワイヤ２２（Ｕ’，Ｄ’）は、操作部８の内部の第３ドラム２５に巻回されて固定されている。第３ドラム２５には、モータ２６、及び、モータ２６の回転量（回転角度）ωを検知するエンコーダ２７が配置されている。モータ２６は、第２湾曲部１４を湾曲させるための駆動力を発生し、上下方向に湾曲させる。本実施形態では、湾曲管１４ａ、ワイヤ２２、第３ドラム２５及びモータ２６は、第２湾曲部１４を湾曲させる第２湾曲駆動機構を構成する。

本実施形態では、第１湾曲部１１が真っ直ぐの状態となる位置を第１アングルノブ１２の初期位置（ニュートラル位置）とし、第２湾曲部１４が真っ直ぐの状態となる位置をモータ２６の初期位置（ニュートラル位置）として規定する。

尚、第１ドラム２３には、第１ドラム２３の回転位置を検知するための検知部として、図示しないノブ位置検知用ポテンショメータ（入力量検出部）が取り付けられている。アングルノブ１２の初期位置にノブ位置検知用ポテンショメータをゼロ設定する。このノブ位置検知用ポテンショメータは、第１ドラム２３の回転量、すなわち、アングルノブ１２の回転位置（回転角度）ψを検出する。従って、ノブ位置検知用ポテンショメータは、アングルノブ１２に入力された湾曲操作量で検出された湾曲操作入力量から第１ドラム２３の回転量ψが推定できる。この回転量ψが第１湾曲部１１のＵ方向及びＤ方向の湾曲量（湾曲角度）ηと略対応しているため、アングルノブ１２の回転量から湾曲部１１のＵ方向及びＤ方向の湾曲量（湾曲角度）を推定することができる。

本実施形態では、ノブ位置検知用ポテンショメータにより検知された第１湾曲部１１の湾曲量（湾曲角度）が予め設定した設定量（湾曲量又は、湾曲角度）を超える場合には、第１湾曲部１１の湾曲状態を維持したまま、第２湾曲部１４における湾曲動作に切り換えられる。また、第２湾曲部１４が初期位置に戻った場合には、第１湾曲部１１の切り換え動作に復帰する。

このような構成において、図６に示すフローチャートを参照して、第１の実施形態における第２湾曲部の第１の駆動制御について説明する。
ここでは、説明を省略するが、第１湾曲部１１において、推定された湾曲角度を元に予め規定された屈曲範囲を超えて観察を行った場合には、第２湾曲部１４の湾曲動作に切り換えて、連続電流Ｉnによる駆動電流Ｉが通電されて湾曲動作が継続される。

まず、第２湾曲部１４に対して、抵抗値測定部４２が測定したポテンショメータ３４の抵抗値から求めたドラム２５によるＵＤ方向の操作量から推定された湾曲量、即ち初期位置からの湾曲角度（角度Ｂ）を取得する（ステップＳ１）。次に、取得された角度Ｂと、切り換えタイミングとして前述した予め設定された設定角度Ｘとを比較し（ステップＳ２）、角度Ｂが設定角度Ｘよりも大きければ（ＹＥＳ）、モータ２６が出力するトルクが第２湾曲部１４における負荷に対して、同じ又は接近したものと判断して、これまでモータ２６に供給していた電源を連続電流Ｉn（Ｉn＝駆動電流Ｉ）よりも大きいピーク電流からなるパルス電源に切り換える。この時、角度Ｂに応じたトルクとなるように、モータ２６に印加している駆動電流Ｉを、前述したピーク電流Ｉonに設定する（ステップＳ３）。さらに、ピーク電流Ｉonの印加に伴う温度上昇が、最大許容温度が上限となるように、通電時間ｔonを設定し、モータ２６に通電する（ステップＳ４）。同時に、サイクル時間Ｔに対応する非通電時間ｔoffだけモータ２６を断続的に停止させて、モータのコイルの温度を冷却させて、温度上昇を抑制する（ステップＳ５）。

また、ステップＳ２の比較において、角度Ｂが設定角度Ｘ以下であれば（ＮＯ）、これまでの連続電流Ｉnによる駆動を継続する。ここで、モータ２６の駆動電流Ｉを角度Ｂにおいて必要とするトルクを発生させる連続電流Ｉnに更新する（ステップＳ６）。そして、更新された駆動電流Ｉをモータ２６に通電して駆動する（ステップＳ７）。

また、術者による第１，第２湾曲部の湾曲操作等が継続されているか否かを判断し（ステップＳ８）、継続されていた場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１に戻り、操作が継続されていない場合には（ＮＯ）、現状を維持して待機するか又は、観察を終了する場合には、所定のシーケンス処理を経て終了する。

以上説明した第１の駆動制御によれば、第１湾曲部１１から第２湾曲部１４の湾曲動作に切り換えて連続電流Ｉnによる駆動電流Ｉが通電されて湾曲動作が継続される。その湾曲動作において逐次検出された第２湾曲部１４の湾曲角度が予め定めた１つの閾値である設定角度Ｘを超えた際に、連続電流による駆動電源から断続電流、即ち、パルス電流による駆動電源に切り換えられる。つまり、第１湾曲部１１及び第２湾曲部１４の湾曲により発生する負荷に対して、モータ２６が発生させるトルクが上回るように、最大連続電流による駆動電源からパルス電流（パルス電圧）による駆動電源に切り換えて、モータ２６に供給する。この時、モータ２６は、最大許容温度以下を維持する。

従って、本実施形態によれば、第２湾曲部１４の湾曲動作において、モータ２６に最大連続電流よりも大きい駆動電流を断続的に供給して、最大連続電流で発生するトルク以上のトルクを発生させることにより、屈曲部の屈曲動作可能範囲の上限を高めることができる。また、モータ２６による屈曲動作を補助的に用いられる第２湾曲部１４に適用することにより、パルス電源の切換により、移動速度における操作応答が低下しても内視鏡装置において実用の範囲内であり、可動範囲を拡大し、より広い範囲を観察することができる。

尚、この例では、先に、第１湾曲部１１を湾曲させた後に、第２湾曲部１４の湾曲を行う例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、先に第２湾曲部１４の湾曲を行い、大まかに観察位置まで移動させた後に、第１湾曲部１１を湾曲させる駆動制御を行ってもよい。さらには、第１湾曲部１１の湾曲動作と第２湾曲部１４の湾曲動作を組み合わせて、順次、又は同時に駆動制御することも可能である。これらの駆動制御手順であっても、第２湾曲部１４のモータ２６に最大連続電流よりも大きい駆動電流を断続的に供給して、最大連続電流で発生するトルク以上のトルクを発生させることにより、屈曲部の屈曲可能範囲の上限を高めることができる。

次に、図７に示すフローチャートを参照して、第１の実施形態における第２湾曲部の第２の駆動制御について説明する。この第２の駆動制御において、前述した第１の駆動制御と同等の制御ステップにおいては、同じステップ番号を付して、その説明を簡易にする。

この第２の駆動制御は、前述した駆動制御において、内視鏡装置の挿入部が挿入された管孔の形状によっては、丸まってループ形状を成す場合があり、第２湾曲部における駆動範囲内であっても湾曲駆動が不動作となる場合がある。この場合には、現在の第２湾曲部の湾曲角度を仮の湾曲角度（Ｙ：Ｙ＞Ｘ）と見なして更新し、パルス電流を通電して駆動させる例である。

まず、第２湾曲部１４の湾曲角度（角度Ｂ）を取得し、取得された角度Ｂと、切り換えタイミングとして前述した予め設定された設定角度Ｘとを比較する（ステップＳ１，Ｓ２）。この比較で、角度Ｂが設定角度Ｘよりも大きければ（ＹＥＳ）、モータ２６に供給する電源を連続電流Ｉnよりも大きいピーク電流、通電時間ｔonを設定し、モータ２６に通電し、且つ非通電時間ｔoffだけモータ２６を断続的に停止するように駆動させる（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５）。

次に、現在の第２湾曲部１４の湾曲角度（角度Ａ）を取得し（ステップＳ９）、さらに、角度Ｂからの角度Ａの差を取り（ステップＳ１０）、この差が無い（＝０）の場合には、角度Ｂを仮の湾曲角度（Ｙ）に設定して、ステップＳ２に戻る（ステップＳ１１）。以降、角度Ｂを仮の湾曲角度（Ｙ）として、設定角度Ｘと比較を行って、ルーチンを継続する。一方、角度Ｂからの角度Ａの差が正（＞０）の場合には、ステップＳ１に戻り、再度、第２湾曲部１４の湾曲角度（角度Ｂ）を取得する。

また、ステップＳ２の比較において、角度Ｂが設定角度Ｘ以下であれば（ＮＯ）、これまでの連続電流Ｉnによる駆動を継続し、モータ２６の駆動電流Ｉを角度Ｂにおいて必要とするトルクを発生させる連続電流Ｉnに更新し（ステップＳ６）、更新された駆動電流Ｉをモータ２６に通電して駆動して（ステップＳ７）、ステップＳ９に移行する。
［第２の実施形態］
次に、本実施形態は、前述した第２の実施形態における第１アングルノブ１２及び第２アングルノブ１３の手動による湾曲操作入力部をモータに置き換えて、スイッチ操作による電気駆動する湾曲操作入力部の構成である。

図８は、本実施形態における湾曲操作のための操作部８と挿入部９の概念的な構成を示している。尚、本実施形態の構成部位について、前述した内視鏡システムの構成部位と同じものには、同じ参照符号を付してその説明を省略する。
尚、本実施形態では、前述した第１の実施形態における２つのアングルノブに代わって、第１の湾曲部を２つのモータに置き換えて駆動する構成であり、第２の湾曲部１４においてもモータを搭載して、第１の湾曲部の湾曲動作に連動してモータ駆動を行う内視鏡システムである。

本実施形態は、基本的には、内視鏡本体を術者が把持して操作する構成ではなく、内視鏡本体を別途、アームに装着して、術者は内視鏡本体とは別体のリモコンスイッチ（図示せず）による遠隔操作による湾曲動作を行う。

第１の湾曲部の２つのモータ５１，５３は、モータ２６と同様な構成のモータであり、基本的には、共に連続電流による駆動電源により、応答性よく駆動される。
本実施形態における第１湾曲部１１を湾曲させる第１湾曲駆動機構と、第２湾曲部１４を湾曲させる第２湾曲駆動機構は、前述した第１の実施形態と同等である。

本実施形態においては、第１湾曲部１１及び第２湾曲部１４の屈曲量（回転量）は、エンコーダ５２，５４，２７が、それぞれに検知したモータ５１，５３，２６の回転量ωから湾曲駆動機構の回転量に基づき推定されている。
本実施形態によれば、第１の実施形態と同等の効果を奏している。さらに、湾曲動作の駆動が全てモータによって行われるため、湾曲操作において、手動と電動とを組み合わせた違和感がなくなり、操作スイッチのみによる連続的な操作ができる。

１…内視鏡システム（医療装置）、２…内視鏡本体、３…光源、４…ビデオプロセッサ、５…モニタ、６…コネクタ、７…ユニバーサルコード、８…操作部（内視鏡本体）、９…挿入部、１１…第１湾曲部、１２…第１アングルノブ、１３…第２アングルノブ、１４…湾曲部（第２湾曲部）、１５…観察光学系コネクタ、１６…先端硬質部、１７…管状部、１８…撮像部、１９…ライトガイド、２１，２２…アングルワイヤ、２３，２４，２５…ドラム、２６…モータ、２７…エンコーダ、３１…モータ駆動回路、３２…駆動制御部（制御部）、３３…モータ電源、３４…ノブ位置検知用ポテンショメータ（検知部）、４１…ＣＰＵ、４２…抵抗値測定部、４３…カウント処理部、４４…トルク算出部、４５…閾値入力部（設定部）、４６…記憶部、４７…電流測定部、４８…電圧設定部。

Claims (8)

1. 観察光学系が設けられた先端側に湾曲部を配置し、管孔内に挿入可能な挿入部と、
   前記湾曲部を所望の屈曲角度に湾曲させる湾曲駆動機構と、
   前記湾曲部が前記湾曲駆動機構により所望の屈曲角度を示唆する湾曲量となるように指示する湾曲指示入力部と、
   前記湾曲指示入力部による指示に従い、前記湾曲駆動機構を湾曲させるための駆動力を発生させるモータと、
   前記湾曲量によって生じる前記湾曲部に作用する負荷と前記モータが発生する駆動力とを対応づけて設定された閾値に、湾曲動作に伴って得られる前記湾曲量、前記負荷及び駆動力のいずれかが達した際に、前記モータに通電している連続電流による駆動電源を、前記モータにおける最大許容温度以下の範囲で駆動可能な最大連続電流を超えるピーク値を有し、前記モータが前記最大許容温度以下に維持されるための非印加時間をサイクルに含むパルス電流によるパルス電源に切り換えて、前記モータに通電して駆動する制御部と、
   を具備することを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記制御部は、湾曲動作する前記湾曲部に作用する負荷が、前記モータが発生する前記閾値となる駆動力を超えた際に、前記連続電流による駆動電源を、前記負荷を超える駆動力を発生させる前記ピーク値を有する前記パルス電源に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記制御部は、前記湾曲部の湾曲量が、前記閾値となる湾曲量閾値を超えた際に、前記連続電流による駆動電源を、前記負荷を超える駆動力を発生させる前記ピーク値を有する前記パルス電源に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
4. 前記制御部は、前記湾曲部の湾曲角度が、前記閾値となる湾曲角度閾値を超えた際に、前記連続電流による駆動電源を、前記負荷を超える駆動力を発生させる前記ピーク値を有する前記パルス電源に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
5. 前記制御部は、前記湾曲部の湾曲動作に利用される前記駆動電源が発生させる駆動力が、最大連続電流が通電されたモータが発生する前記閾値となる駆動力を超えた際に、前記連続電流による駆動電源を、前記負荷を超える駆動力を発生させる前記ピーク値を有する前記パルス電源に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
6. 前記制御部は、湾曲動作する前記湾曲部に作用する負荷が、前記閾値となる負荷閾値を超えた際に、前記連続電流による駆動電源を、前記負荷を超える駆動力を発生させる前記ピーク値を有する前記パルス電源に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
7. 前記制御部は、前記湾曲指示入力部に対する操作量が、前記閾値となる操作量閾値を超えた際に、前記連続電流による駆動電源を、前記負荷を超える駆動力を発生させる前記ピーク値を有する前記パルス電源に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
8. 先端に観察光学系が設けられた第１湾曲部と、該第１湾曲部に連なる第２湾曲部とを有し、前記先端から管孔内に挿入可能な挿入部と、
   前記第１湾曲部を湾曲させる湾曲操作入力部を有する第１湾曲駆動機構と、
   前記第２湾曲部を搭載するモータで湾曲させる第２湾曲駆動機構と、
   前記第１湾曲部が前記第１湾曲駆動機構により湾曲しているときに、前記第１湾曲部の湾曲量が予め設定された設定量を超えたことを検知する検知部と、
   前記検知部による検知結果が前記第１湾曲部の湾曲量が設定量を超えた際に、前記第２湾曲部の湾曲動作に切り換えられ、
   前記湾曲量によって生じる前記第２湾曲部に作用する負荷と前記モータが発生する駆動力とを対応づけて設定された閾値に、湾曲動作に伴って得られる前記湾曲量、前記負荷及び駆動力のいずれかが達した際に、前記モータに通電している連続電流による駆動電源を、前記モータにおける最大許容温度以下の範囲で駆動可能な最大連続電流を超えるピーク値を有し、前記モータが最大許容温度以下に維持されるための非印加時間をサイクルに含むパルス電流によるパルス電源に切り換えて、前記モータに通電して駆動する制御部と、
   を具備することを特徴とする内視鏡装置。

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