JP2010264060A - 流体制御装置及び流体制御方法並びに内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高流速を実現する一方で高精度の圧力センサを用い、適切な流体制御を行う。
【解決手段】内視鏡又は内視鏡補助具に装着される膨張収縮部材に対して供給又は吸引される流体の流量を制御する流体制御装置であって、前記膨張収縮部材に対して前記流体を供給または吸引する流体流発生源と、前記膨張収縮部材の初期膨張時または初期収縮時に、前記流体流発生源から前記膨張収縮部材に所定流量で前記流体を供給または吸引するための第１の管系統と、圧力センサを備え、前記流体流発生源から前記膨張収縮部材に前記所定流量より少ない流量で前記流体を供給または吸引する第２の管系統と、前記第１の管系統及び前記第２の管系統を切り替える管系統切り替え手段を備えたことを特徴とする流体制御装置を提供する。
【選択図】図５

Description

本発明は、流体制御装置及び流体制御方法並びに内視鏡装置に係り、特に、内視鏡のバルーン等を高速で膨張させるため管路に高い圧力を印加後に圧力制御をする目的で用いられる圧力センサのような高精度の圧力センサを高圧から保護する技術に関する。

従来、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や、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、挿入手技が未熟な場合には、患者に大きな苦痛を与える結果となる。

そこで、内視鏡の体内への挿入を補助するために、バルーンを用いた内視鏡や挿入補助具が開発されている。例えば、体腔内に挿入される内視鏡挿入部または内視鏡挿入部を挿通案内する挿入補助具を、体腔内に固定する等の観点から、送気により膨張し排気により収縮するバルーンを内視鏡挿入部または挿入補助具に設けたバルーン付き内視鏡が知られている。

これらのバルーンの膨張・収縮には５〜１０秒の時間を要するが、手術性能の向上を図るためには、より早く膨らませたり、しぼませたりする必要がある。この膨張・収縮時間を短縮するためには流体（空気）の流量を大きく（流速を大きく）する必要がある。その一方で、バルーンにつながる管路は内径１〜２ｍｍ程度と非常に細く、その管路内へ大流量を流すには管路の前後で大きな圧力差が必要になる。つまり、プロセッサ側の流体を高い圧力にする必要がある。

これに対して、例えば、以下示すように、特許文献１、特許文献２及び特許文献３にあるようなバルーンを用いた内視鏡や挿入補助具が提案されている。

まず特許文献１に記載のものは、内視鏡の挿入部の先端外周部に取り付けられた固定用のバルーンと、内視鏡を挿通させて挿入部を例えば消化管等に挿入する際のガイドを行うオーバーチューブの先端外周部に取り付けられたチューブ固定用のバルーンとを備えた内視鏡システムであり、ポンプ側圧力が所定範囲内であることを確認しつつ、タイマーによる総流量検出にて定量送出を行うようにしたものである。

また、特許文献２に記載のものは、体腔内に挿入される内視鏡の挿入部の外周面に装着された第１バルーンと、挿入部の外径よりも僅かに大きい内径を有する挿入補助具の先端近傍に装着された第２バルーンとを備えた内視鏡装置であり、単一管路上に圧力センサと流量センサの両方を設け、圧力に応じて送排気量を制御するようにしたものである。

また、特許文献３に記載のものは、上記特許文献２に記載のものと同様内視鏡の挿入部の外周面に装着された第１バルーンと挿入補助具の先端近傍に装着された第２バルーンとを備えた内視鏡装置であり、送排気量を調節する流量調節手段を有し、最初は大流量で流し、ある圧力に達したら小流量で流すようにしたものである。

このように、これらの提案においては、圧力センサや流量制御手段、流量センサを、ポンプとバルーンを繋ぐ単一管路に配置し、流量制御と圧力制御を切り替えることで高流速化を図っている。

特開２００５−２６１７８２号公報 特開２００７−１８５３７０号公報 特開２００７−２０９６２６号公報

しかしながら、高流速化を実現するためにはプロセッサ側の管路内は高い圧力となるため同一管路に配置される圧力センサには広いダイナミックレンジが必要とされる一方、バルーン内圧は安全性の観点からある程度の圧力（例えば５ｋＰａ程度）に制御されるためダイナミックレンジの狭い高精度の圧力センサが必要となる。このことから、単一管路における流体（空気）制御では、バルーン内圧を正確に制御するために高精度の圧力センサを使用すると大流量を流すことが出来ず、適切な流体制御を行うことができないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高流速を実現する一方で高精度の圧力センサを用い、適切な流体制御を行うことのできる流体制御装置及び流体制御方法並びに内視鏡装置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に記載の発明は、内視鏡又は内視鏡補助具に装着される膨張収縮部材に対して供給又は吸引される流体の流量を制御する流体制御装置であって、前記膨張収縮部材に対して前記流体を供給または吸引する流体流発生源と、前記膨張収縮部材の初期膨張時または初期収縮時に、前記流体流発生源から前記膨張収縮部材に所定流量で前記流体を供給または吸引するための第１の管系統と、圧力センサを備え、前記流体流発生源から前記膨張収縮部材に前記所定流量より少ない流量で前記流体を供給または吸引する第２の管系統と、前記第１の管系統及び前記第２の管系統を切り替える管系統切り替え手段を備えたことを特徴とする流体制御装置を提供する。

これにより、膨張収縮部材の初期膨張時または初期収縮時においては高流速を実現する一方で、管系統を切り替えることにより、高精度の圧力センサを用いて適切な流体制御を行うことが可能となる。

また、請求項２に示すように、前記流体流発生源の出力は一定であり、さらに前記流体の一部を外部に漏出することにより前記流体の流量を調整する漏出手段を備え、前記流体流発生源と前記膨張収縮部材とを連通する主管路に対して、前記第２の管系統は、前記主管路に前記漏出手段及び前記圧力センサを接続した管路であり、前記第１の管系統は、前記漏出手段及び前記圧力センサを迂回する迂回管路を経由して前記流体流発生源から前記膨張収縮部材に至る管路であり、かつ該管路に一定量の前記流体を前記膨張収縮部材に対して供給又は吸引するための手段を備えた管路であることを特徴とする。

これにより、膨張収縮部材の初期膨張時または初期収縮時においては高流速を実現する際には、圧力センサを迂回することにより高精度の圧力センサを保護することが可能となる。

また、請求項３に示すように、前記流体流発生源は一定出力を有し、さらに前記流体の一部を外部に漏出することにより前記流体の流量を調整する漏出手段を備え、前記漏出手段及び前記圧力センサを連通及び遮断可能に接続するとともに、一定量の前記流体を前記膨張収縮部材に対して供給又は吸引するための手段を備えた、前記流体流発生源と前記膨張収縮部材とを連通する主管路に対して、前記第１の管系統は、前記漏出手段及び前記圧力センサを前記主管路から遮断した管路であり、前記第２の管系統は、前記漏出手段及び前記圧力センサを前記主管路に連通させた管路であることを特徴とする。

これにより、膨張収縮部材の初期膨張時または初期収縮時においては高流速を実現する際には、圧力センサを高圧の流体から遮断することで高精度の圧力センサを保護することが可能となる。

また、請求項４に示すように、前記一定量の前記流体を前記膨張収縮部材に対して供給又は吸引するための手段は、前記膨張収縮部材に対して供給され又は吸引される前記流体の量が所定量となったことを検出する流量積算検出手段であることを特徴とする。

これにより、膨張収縮部材の初期膨張時または初期収縮時に膨張収縮部材に必要以上の高圧が掛からないようにすることができる。

また、請求項５に示すように、前記流量積算検出手段は、少なくとも圧力計を含むことを特徴とする。

また、請求項６に示すように、前記流量積算検出手段は、少なくとも差圧計を含むことを特徴とする。

また、請求項７に示すように、前記流量積算検出手段は、少なくとも流量計を含むことを特徴とする。

また、請求項８に示すように、前記一定量の前記流体を前記膨張収縮部材に対して供給又は吸引するための手段は、予め設定された一定量の前記流体を前記膨張収縮部材に対して供給又は吸引するシリンジであることを特徴とする。

また、請求項９に示すように、前記漏出手段は、スピードコントローラであることを特徴とする。また、請求項１０に示すように、前記漏出手段は、前記主管路を自然開放する手段であることを特徴とする。また、請求項１１に示すように、前記漏出手段は、減圧弁であることを特徴とする。

これにより、出力一定の流体流発生源とこれらの漏出手段を組み合わせることで流量を調整することが可能となる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項１２に記載の発明は、内視鏡又は内視鏡補助具に装着される膨張収縮部材に対して流体流発生源により供給又は吸引される流体の流量を制御する流体制御方法であって、前記膨張収縮部材の初期膨張時または初期収縮時には、前記流体流発生源から前記膨張収縮部材に所定流量で前記流体を供給または吸引し、前記膨張収縮部材に対して一定の量が供給又は吸引された後、前記流体の圧力を圧力センサで測定しながら、前記流体流発生源から前記膨張収縮部材に前記所定流量より少ない流量で前記流体を供給または吸引する際、前記圧力センサは、前記流体が前記膨張収縮部材に所定流量で供給または吸引されるときには、該流体流から隔離されていることを特徴とする流体制御方法を提供する。

これにより、膨張収縮部材の初期膨張時または初期収縮時においては高流速を実現する一方で、管系統を切り替えることにより、高精度の圧力センサが保護され、高精度の圧力センサを用いて適切な流体制御を行うことが可能となる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の流体制御装置を備えたことを特徴とする内視鏡装置を提供する。

以上説明したように、本発明によれば、膨張収縮部材の初期膨張時または初期収縮時においては高流速を実現する一方で、管系統を切り替えることにより、高精度の圧力センサを用いて適切な流体制御を行うことが可能となる。

本発明に係る流体制御装置が適用される電子内視鏡の一実施形態を示す概略構成図である。 図１に示す電子内視鏡の挿入部の先端部の軸方向（長手方向）に沿った拡大断面図である。 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バルーン制御装置の概略構成図である。 （ａ）〜（ｅ）は、推進動作時における各バルーンの膨張及び収縮の様子を示した電子内視鏡の挿入部の先端部の軸方向（長手方向）に沿った拡大断面図である。 本発明の流体制御システムの第１実施形態を示す概略構成図である。 第１実施形態におけるバルーンを膨らませる場合の各電磁弁の制御を示すタイミングチャートである。 本発明の流体制御システムの第２実施形態を示す概略構成図である。 本発明の流体制御システムの第３実施形態を示す概略構成図である。 本発明の流体制御システムの第４実施形態を示す概略構成図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る流体制御装置及び流体制御方法並びに内視鏡装置について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る流体制御装置が適用される電子内視鏡の一実施形態を示す概略構成図である。

図１において、電子内視鏡１は、例えば被検体の消化管等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、図示を省略するが、被検体の管内の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が内蔵されている。この先端部１０ａに内蔵された撮像素子により取得された被検体管内の画像は、コード１４に接続された図示を省略したプロセッサ装置のモニタに内視鏡画像として表示される。

また、先端部１０ａには、観察部位にこれまた図示を省略した光源装置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を被検体管内の所望の方向に向けることができる。

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が観察部位に到達可能なように、かつ術者が操作部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、被検体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、駆動バルーン２０及び係止バルーン２２が取り付けられている。駆動バルーン２０と係止バルーン２２は、主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において駆動バルーン２０と係止バルーン２２は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ている。また、駆動バルーン２０と係止バルーン２２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いし、周方向に一様な形状でなくまた軸対称でなくともよい。

また、駆動バルーン２０と係止バルーン２２は、湾曲部１０ｂや軟性部１０ｃに配置してもよい。

こ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消化管等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が消化管内に到達すると、詳しくは後述するが、バルーン制御装置１８により駆動バルーン２０と係止バルーン２２の膨張・収縮を制御して、消化管の内壁面に押圧力を作用させる。これにより、消化管の内壁面が手繰り寄せられ、挿入部１０が消化管の内壁面に対して相対的に進行方向の前方または後方に推進する。

なお、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、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。

図２は、図１に示す電子内視鏡１の挿入部１０の先端部１０ａの軸方向（長手方向）に沿った拡大断面図である。

図２に示すように、挿入部１０の先端部１０ａに進行方向の前方から順に、駆動バルーン２０と係止バルーン２２の２つのバルーンが設けられている。

また、駆動バルーン２０と係止バルーン２２が消化管の内壁に接触していない時に、挿入部１０の先端部１０ａの位置を消化管内の略中央に保持するための保持バルーン２３も設けられている。

この駆動バルーン２０と係止バルーン２２と保持バルーン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２２は膨張時に消化管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る。

また、駆動バルーン２０と係止バルーン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２２が駆動バルーン２０に必ずしも覆い被さっている必要はなく、少なくとも係止バルーン２２が膨張して消化管の内壁を係止した時に、係止バルーン２２が駆動バルーン２０に覆い被さっていればよい。

また、図２に示すように、先端部１０ａの内部には駆動バルーン２０に連通し気体が送られる送気管２４と、係止バルーン２２に連通し気体が送られる送気管２６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。この送気管２４、２６及び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に接続されている。

図３は駆動バルーン２０、係止バルーン２２及び保持バルーン２３の圧力を制御するバルーン制御装置１８の概略構成図である。

図３に示すように、駆動バルーン２０、係止バルーン２２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構成となっており、バルブ開閉制御部３０と圧力制御部３２を介して、正圧ポンプ（吐出ポンプ）３４と負圧ポンプ（吸引ポンプ）３６が接続されている。

例えば、推進動作時においては、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の開閉を制御し、圧力制御部３２によって負圧ポンプ（吸引ポンプ）３６と正圧ポンプ（吐出ポンプ）３４が制御される。

以下、推進動作について説明する。

図４は、推進動作時における各バルーンの膨張及び収縮の様子を示した電子内視鏡１の挿入部１０の先端部１０ａの軸方向（長手方向）に沿った拡大断面図である。

まずバルーンをいずれも収縮させた状態で、電子内視鏡１の先端部１０ａを測定対象（例えば大腸等）内に挿入する。そして図４（ａ）に示すように、駆動バルーン２０及び係止バルーン２２をともに収縮させた状態で、保持バルーン２３を膨張させて腸壁４０に係止させる。

次に、図４（ｂ）に示すように、係止バルーン２２に気体を充填して膨張させて係止バルーン２２を腸壁４０に係止させるとともに、保持バルーン２３を収縮させる。このとき、係止バルーン２２は、図４（ｂ）に示すように、駆動バルーン２０に覆い被さるように膨張して腸壁４０に係止している。

次に、係止バルーン２２を腸壁４０に係止させた状態で、駆動バルーン２０に気体を充填して膨張させる。すると図４（ｃ）に示すように、駆動バルーン２０は駆動バルーン２０に覆い被さっている係止バルーン２２の部分を徐々に押圧していく。そして、係止バルーン２２は、先端部１０ａの進行方向の後方に向かってその表面が順々に繰り出されるように、またはその表面を移動させるように押されていく。これにより、係止バルーン２２は、腸壁４０に対して先端部１０ａの進行方向の後方に向かって押圧力を与える。

その結果、係止バルーン２２はいわゆるキャタピラ（登録商標）のように腸壁４０に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、腸壁４０が先端部１０ａの進行方向の後方に手繰り寄せられる。従って、図４（ｃ）に白矢印で示したように、電子内視鏡１の先端部１０ａは腸壁４０に対して相対的に進行方向の前方に推進（正進）する。

次に図４（ｄ）に示すように、係止バルーン２２から気体を吸引して収縮させて、係止バルーン２２を腸壁４０から離間させる一方で、保持バルーン２３を膨張させて腸壁４０に係止させる。

なお、このとき係止バルーン２２を腸壁４０から離間させても腸壁４０は先端部１０ａの進行方向の後方に手繰り寄せられた状態を維持しているものとする。もし、係止バルーン２２を腸壁４０から離間させると腸壁４０が先端部１０ａの進行方向の前方に向かって戻るような場合には、さきに保持バルーン２３を腸壁４０に係止させてから係止バルーン２２を収縮させるようにすればよい。

また、図４（ｄ）の状態において、係止バルーン２２を収縮させても、腸壁４０のたわみ量によっては係止バルーン２２が腸壁４０から離間せず当接したままの状態となることも考えられるが、係止バルーン２２が腸壁４０に係止力を与えていなければよい。

次に図４（ｅ）に示すように、駆動バルーン２０から気体を吸引して収縮させる。これにより図４（ａ）の状態に戻る。

以上の動作を繰り返すことにより、電子内視鏡１の先端部１０ａを進行方向の前方に向かって推進（正進動作）をさせることができる。

次に本発明に係る流体制御方法について説明する。

図５に、本発明の流体制御システムの第１実施形態の概略構成を示す。

図５に示すように、第１実施形態の流体制御システムにおいては、正圧ポンプ３４及び負圧ポンプ３６がそれぞれ電磁弁４２及び４４を介してコネクタ４６に接続されており、コネクタ４６に続いて電磁弁４８、コネクタ５０、電磁弁５２、電磁弁５４そしてバルーン５６が接続されている。このバルーン５６は、前述した駆動バルーン２０、係止バルーン２２及び保持バルーン２３を一つのバルーン５６で代表して表したものである。

また、コネクタ５０にはスピコン（スピードコントローラ）５８が接続されており、電磁弁５２と電磁弁５４の間には圧力計６０が接続され、電磁弁５４とバルーン５６との間には圧力計６２が接続されている。

ここで正圧ポンプ３４及び負圧ポンプ３６は、ともに出力が一定のポンプである。スピコン５８は、ポンプ（正圧ポンプ３４及び負圧ポンプ３６）の出力が一定であるので流量を落とし圧力を調整するとともに、システム内の圧力が高くなりすぎたときに、圧力を抜いて減圧するためのものである。また、圧力計６０は、バルーン５６の圧力がある程度の圧力になった後、一定の圧力に微調整する際に用いられる高精度の圧力センサであり、圧力計６２は、バルーン５６内の圧を上昇する際に用いられるダイナミックレンジの広い圧力センサである。本発明は、この高精度の圧力センサを保護するものである。

本第１実施形態の流体制御システムは、高精度の圧力センサ（圧力計６０）を保護するために２系統の管路を有して構成されている。すなわち、図５に破線で示すように、電磁弁４８と電磁弁５４によって高精度の圧力計６０を迂回する管路を有する第１のフローＦ１と、一点鎖線で示すように、電磁弁４８と電磁弁５４との間にスピコン５８と高精度の圧力計６０が配置された管路を有する第２のフローＦ２である。この２系統の管路Ｆ１、Ｆ２の切り替えは電磁弁４８及び電磁弁５４によって行われる。

バルーン５６を膨らませる場合には、まず電磁弁４８及び電磁弁５４を第１のフローＦ１側に切り替えておき、第1のフローＦ１により高圧、高速流量でたくさんの流量をバルーン５６に流して早くバルーン５６を膨らませるようにする。このとき、第１のフローＦ１は高精度の圧力計６０が接続された管路を迂回しているので、高精度の圧力計６０は高い圧力が掛からないように保護されるとともに、大流量で高圧力（２０〜１００ｋＰａ）の流体がバルーン５６に供給される。

そして、バルーン５６がある程度膨らみ一定の圧力となってきたら、電磁弁４８及び電磁弁５４を第２のフローＦ２側に切り替えて、今度は第２のフローＦ２を通じてバルーン５６の圧力制御を行う。このとき、第２のフローＦ２中に配置された高精度の圧力計６０により圧力が測定されバルーン５６の圧力制御が行われる。第２のフローＦ２では、スピコン５８から一部の流体が漏出され、減圧された低圧・微流量の流体がバルーン５６に供給される。このように第２のフローＦ２においては、スピコン５８によって高精度の圧力計６０のダイナミックレンジ内となるように流体の圧力が減圧されているため、高精度の圧力計６０を問題なく使用することができる。

図６に、バルーン５６を膨らませる場合の電磁弁４８、５２及び５４の制御のタイミングチャートを示す。

バルーン５６を膨らませる場合には、まず電磁弁４８及び電磁弁５４を第１のフローＦ１側に切り替え、図５に破線で示した第１のフローＦ１に沿った管路を連通させる。なお、このとき電磁弁５２が接続された管路には流体が流れないので、電磁弁５２は開でも閉でもどちらでもよい（不定）。

これにより、図５の破線で示した第１のフローＦ１の管路を通じて、正圧ポンプ３４からバルーン５６に高圧・大流量の流体が供給される。この際バルーン５６（バルーン５６に供給される流体）の圧力はダイナミックレンジの広い圧力計６２で測定される。

そして、圧力計６２による測定によりバルーン５６の圧力がある程度の圧力に達したことが確認されたら、電磁弁４８及び電磁弁５４を第２のフローＦ２側に切り替えるとともに電磁弁５４を開側に切り替え、図５に一点鎖線で示した第２のフローに沿った管路を連通させる。

これにより、図５の一点鎖線で示された第２のフローＦ２の管路を通じて、スピコン５８で一定に減圧された流体がバルーン５６に供給され、バルーン５６内の圧力が一定の規定圧に制御される。このとき、バルーン５６の圧力（バルーン５６に供給される圧力）は高精度の圧力計６０によって測定される。

このように、本実施形態によれば、第１のフローＦ１と第２のフローＦ２の管路の選択（切り替え）は、電磁弁の切り替えによって実現し、バルーン５６を高速で膨張・収縮するために、膨張・収縮の初期は第１のフローＦ１で送排気を行い、一定時間後（一定体積を送気した後）第２のフローＦ２に管路を切り替え、微流量で高精度の圧力制御を行う。

上では、バルーン５６を膨張させる場合について説明したが、収縮の場合には第１のフローＦ１を継続し、一定時間後（一定体積を排気した後）に負圧ポンプ３６を停止するようにしてもよい。または、電磁弁４８は第１のフローＦ１側、電磁弁５４は第２のフローＦ２側とし、電磁弁５２を開にして、バルーン５６からスピコン５８までが繋がるようにすることで、スピコン５８の位置から自然排気するようにすることも可能である。

このように、本実施形態は、２系統の管路を切り替えることにより、高精度の圧力センサを保護するとともに、高圧・大流量の流体をバルーン５６に高速で供給することを可能としたものである。なお、このように管路を切り替えることなく、第２のフローＦ２の管路のみを用いた場合には、従来の単一管路のバルーン制御システムと同様である。

なお、上で電磁弁４８及び電磁弁５４を第１のフローＦ１側に切り替えてバルーン５６の圧力を一定程度高めた後、電磁弁４８及び電磁弁５４を第２のフローＦ２側に切り替える際、電磁弁４８及び電磁弁５４を第２のフローＦ２側に切り替えとともに電磁弁５２を閉にして流体の流れを停止させて、圧力計６０でバルーン５６の正確な圧力を測定するようにしてもよい。

この圧力計６０による正確なバルーン５６の圧力測定の結果、圧力が規定の圧力よりも高い場合には、電磁弁５２を開いてスピコン５８から流体を逃がし減圧するようにする。また、このとき、電磁弁４８を第１のフローＦ１側にして、同時に電磁弁５４を第２のフローＦ２側とした状態で電磁弁５２を開にしてもよい。これにより、バルーン５６内の圧力をより小さな値に調整することができる。

次に、本発明に係る流体制御システムの第２実施形態について説明する。

図７に、本発明の流体制御システムの第２実施形態の概略構成を示す。

図７に示すように、第２実施形態の流体制御システムにおいては、正圧ポンプ３４及び負圧ポンプ３６がそれぞれ電磁弁４２及び４４を介してバルーン５６に接続する主管路に接続されており、この主管路の途中には、主管路を自然開放するための電磁弁６４、電磁弁６６を介した圧力計６８、そしてこの主管路に並列に配置された差圧計７０が接続されている。バルーン５６は、前述した第１実施形態と同様に、駆動バルーン２０、係止バルーン２２及び保持バルーン２３を一つのバルーン５６で代表して表したものである。

正圧ポンプ３４及び負圧ポンプ３６は、第１実施形態同様、出力が一定のポンプであり、電磁弁６４を介して自然開放によって圧力調整が行われる。また、圧力計６８は、第１実施形態の圧力計６０と同様に、バルーン５６の圧力がある程度の圧力になった後、一定の圧力に微調整する際に用いられる高精度の圧力センサである。

差圧計７０は、差圧計７０が取り付けられた主管路の２点間の圧力差を測定するものであり、測定された圧力差から主管路を通過する流体の流量が算出される。これによりバルーン５６に供給された流体の総流量が判断される。

本実施形態において、バルーン５６を膨張させる場合の圧力制御について説明する。

バルーン５６を膨らませる場合には、まず電磁弁６４を閉じるとともに、電磁弁６６を閉じて高精度の圧力計６８を主管路から隔離する。これにより、高精度の圧力計６８が高圧から保護される。

このように自然開放及び圧力計６８を電磁弁６４及び６６によって主管路から隔離した状態で、電磁弁４２を開き正圧ポンプ３４から主管路を通じて流体をバルーン５６に供給する。

そして、差圧計７０によって測定された主管路のある２点間の差圧から、所定時間における主管路を通過してバルーン５６に供給される流体の流量を算出する。この流量を積算することでバルーンに供給された流体の総量を求める。なお、この計算はバルーン制御装置１８内の圧力制御部３２において行われる。そして一定量の流体がバルーン５６内に供給され、バルーン５６がある程度膨張したと判断されたら、バルーン５６への流体の供給を停止する。

その後、バルーン５６に微流量を供給しつつ、バルーン５６の圧力を調整する場合には、電磁弁６４及び電磁弁６６を開き自然開放及び圧力計６８を主管路に接続する。これにより、正圧ポンプ３４の一定の高い圧力を自然開放で減圧し、流量を下げた状態で流体をバルーン５６に供給する。また、高精度の圧力計６８で主管路を通じてバルーン５６に供給される流体の圧力を測定し、圧力制御が行われる。

このように、本実施形態においては、自然開放及び高精度の圧力計６８を主管路から隔離した正圧ポンプ３４とバルーン５６を接続する主管路から高圧の流体を供給する系統と、主管路に自然開放及び高精度の圧力計６８を接続し微流量の流体を供給する系統の２種類の系統を使い分けるようにして、高精度の圧力計６８を高圧から保護するようにしている。

次に、本発明に係る流体制御システムの第３実施形態について説明する。

図８に、本発明の流体制御システムの第３実施形態の概略構成を示す。

図８に示すように、本実施形態は上述した第２実施形態における差圧計７０の代わりにシリンジ７２を主管路に接続したものである。

第２実施形態における差圧計７０は、結局バルーン５６に供給される流体の流量を算出するためのものであったが、本実施形態におけるシリンジ７２は、一定量の流体を一気にバルーン５６に供給するためのものである。

このように、本実施形態では、バルーン５６を膨張させる場合、最初一定量の流体をシリンジ７２によって一気にバルーン５６に供給するようにしたため、上記第１実施形態や第２実施形態のように、最初バルーン５６に供給される高圧流体の圧力や流量を測定する（ダイナミックレンジの広い）圧力計や流量計を設置する必要がない。また、シリンジ７２によって高圧の流体をバルーン５６に供給する際には、高精度の圧力計６８は主管路からは隔離され、高圧から保護されるようになっている。

その後、バルーン５６に微流量を供給しつつ、バルーン５６の圧力を調整する場合には、電磁弁６４及び電磁弁６６を開き自然開放及び圧力計６８を主管路に接続する。これにより、正圧ポンプ３４の一定の高い圧力を自然開放で減圧し、流量を下げた状態で流体をバルーン５６に供給する。また、高精度の圧力計６８で主管路を通じてバルーン５６に供給される流体の圧力を測定し、圧力制御が行われる。

なお、バルーン５６を収縮する場合には、流体の一定量をシリンジ７２によって一気に吸引する。

このように、本実施形態においても、自然開放及び高精度の圧力計６８を主管路から隔離した正圧ポンプ３４とバルーン５６を接続する主管路から高圧の流体を供給する系統と、主管路に自然開放及び高精度の圧力計６８を接続し微流量の流体を供給する系統の２種類の系統を使い分けるようにして、高精度の圧力計６８を高圧から保護するようにしている。

次に、本発明に係る流体制御システムの第４実施形態について説明する。

図９に、本発明の流体制御システムの第４実施形態の概略構成を示す。

図９に示すように、本実施形態においては、正圧ポンプ３４、負圧ポンプ３６とバルーン５６を接続する主管路に電磁弁６６を介して高精度の圧力計６８を接続した点は上記第２実施形態や第３実施形態と同じであるが、第２実施形態や第３実施形態とは、電磁弁６４を介した自然開放の代わりに、電磁弁６６と圧力計６８の間に減圧弁７４を設けるとともに、差圧計７０やシリンジ７２の代わりに流量計７６を設置した点が異なる。

本実施形態では、バルーン５６を膨張させる場合には、電磁弁６６を閉じて高精度の圧力計６８を主管路から隔離した状態で、電磁弁４２を開き、正圧ポンプ３４から主管路を通じて高圧の流体をバルーン５６に供給する。このとき、主管路内に設置された流量計７６でバルーン５６に供給される流体の流量を測定し、バルーン５６に一定量が供給された場合には供給を停止する。

その後、バルーン５６に微流量を供給しつつ、バルーン５６の圧力を調整する場合には、電磁弁６６を開き減圧弁７４及び圧力計６８を主管路に接続する。これにより、正圧ポンプ３４の一定の高い圧力を減圧弁７４で減圧し、流量を下げた状態で流体をバルーン５６に供給する。また、高精度の圧力計６８で主管路を通じてバルーン５６に供給される流体の圧力を測定し、圧力制御が行われる。

このように、本実施形態においても、高精度の圧力計６８を主管路から隔離した正圧ポンプ３４とバルーン５６を接続する主管路から高圧の流体を供給する系統と、主管路に高精度の圧力計６８及び減圧弁７４を接続し微流量の流体を供給する系統の２種類の系統を使い分けるようにして、高精度の圧力計６８を高圧から保護するようにしている。

以上いくつかの実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではない。例えば、バルーン５６を膨張させる場合に、最初バルーン５６に一定量を供給する際、一定量が供給されたかを判断する手段として、バルーン５６の圧力を測定するダイナミックレンジの広い圧力計でもよいし、主管路の２点間の差圧から流量を算出するための差圧計でもよいし、直接主管路を通過する流体の流量を測定する流量計でもよい。

また、バルーン５６に一定量が供給された後の流量調整を行うための手段としては、一定出力のポンプに対してスピコンや自然開放や減圧弁等の漏出手段を組み合わせてもよいし、ポンプの出力を可変にしてポンプを電圧・電流で制御して出力を下げることで実現するようにしてもよい。高精度の圧力計で圧力を測定しながら上記流量調整手段によってバルーン５６の圧力を調整する。なお、ポンプの出力を可変にしてポンプを電圧・電流で制御する場合には、電圧値で流量がわかるので差圧計や流量計はなくともよい。

上述した、各実施形態において、これらの一定量が供給されたかを判断する手段や流量調整を行うための手段を適宜取り替えて組み合わせるようにしてもよい。例えば、第１実施形態や第２、第３実施形態において、スピコンや自然開放に変えて減圧弁を組み合わせるようにしてもよい。また例えば第２実施形態と第４実施形態において、差圧計と流量計を取り替えてもよい。また、その他可能な限りこれらの手段を取り替えて組み合わせてもよい。

以上説明したように、上記各実施形態によれば、いずれも、高精度の圧力計を主管路から隔離し、正圧ポンプとバルーンを接続する主管路から高圧の流体を供給する系統と、主管路に高精度の圧力計及び圧力調整手段を接続し微流量の流体を供給する系統の２種類の系統を使い分けるようにして、高精度の圧力計を高圧から保護することにより、高流速を実現する一方で高精度の圧力センサを用い、適切な流体制御を行うことができる。

以上、本発明の流体制御装置及び流体制御方法並びに内視鏡装置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、１２…操作部、１４…コード、１６…鉗子口、１８…バルーン制御装置、２０…駆動バルーン、２２…係止バルーン、２３…保持バルーン、２４、２６、２７…送気管、３０…バルブ開閉制御部、３２…圧力制御部、３４…正圧ポンプ、３６…負圧ポンプ、４０…腸壁、４２、４４…電磁弁、４６、５０…コネクタ、５２、５４…電磁弁、５６…バルーン、６０、６８…圧力計（高精度）、６２…圧力計（ダイナミックレンジ広い）、６４、６６…電磁弁、７０…差圧計、７２…シリンジ、７４…流量計

Claims (13)

1. 内視鏡又は内視鏡補助具に装着される膨張収縮部材に対して供給又は吸引される流体の流量を制御する流体制御装置であって、
   前記膨張収縮部材に対して前記流体を供給または吸引する流体流発生源と、
   前記膨張収縮部材の初期膨張時または初期収縮時に、前記流体流発生源から前記膨張収縮部材に所定流量で前記流体を供給または吸引するための第１の管系統と、
   圧力センサを備え、前記流体流発生源から前記膨張収縮部材に前記所定流量より少ない流量で前記流体を供給または吸引する第２の管系統と、
   前記第１の管系統及び前記第２の管系統を切り替える管系統切り替え手段を備えたことを特徴とする流体制御装置。
2. 前記流体流発生源の出力は一定であり、さらに前記流体の一部を外部に漏出することにより前記流体の流量を調整する漏出手段を備え、
   前記流体流発生源と前記膨張収縮部材とを連通する主管路に対して、
   前記第２の管系統は、前記主管路に前記漏出手段及び前記圧力センサを接続した管路であり、
   前記第１の管系統は、前記漏出手段及び前記圧力センサを迂回する迂回管路を経由して前記流体流発生源から前記膨張収縮部材に至る管路であり、かつ該管路に一定量の前記流体を前記膨張収縮部材に対して供給又は吸引するための手段を備えた管路であることを特徴とする請求項１に記載の流体制御装置。
3. 前記流体流発生源は一定出力を有し、さらに前記流体の一部を外部に漏出することにより前記流体の流量を調整する漏出手段を備え、
   前記漏出手段及び前記圧力センサを連通及び遮断可能に接続するとともに、一定量の前記流体を前記膨張収縮部材に対して供給又は吸引するための手段を備えた、前記流体流発生源と前記膨張収縮部材とを連通する主管路に対して、
   前記第１の管系統は、前記漏出手段及び前記圧力センサを前記主管路から遮断した管路であり、
   前記第２の管系統は、前記漏出手段及び前記圧力センサを前記主管路に連通させた管路であることを特徴とする請求項１に記載の流体制御装置。
4. 前記一定量の前記流体を前記膨張収縮部材に対して供給又は吸引するための手段は、前記膨張収縮部材に対して供給され又は吸引される前記流体の量が所定量となったことを検出する流量積算検出手段であることを特徴とする請求項２または３に記載の流体制御装置。
5. 前記流量積算検出手段は、少なくとも圧力計を含むことを特徴とする請求項４に記載の流体制御装置。
6. 前記流量積算検出手段は、少なくとも差圧計を含むことを特徴とする請求項４に記載の流体制御装置。
7. 前記流量積算検出手段は、少なくとも流量計を含むことを特徴とする請求項４に記載の流体制御装置。
8. 前記一定量の前記流体を前記膨張収縮部材に対して供給又は吸引するための手段は、予め設定された一定量の前記流体を前記膨張収縮部材に対して供給又は吸引するシリンジであることを特徴とする請求項２または３に記載の流体制御装置。
9. 前記漏出手段は、スピードコントローラであることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の流体制御装置。
10. 前記漏出手段は、前記主管路を自然開放する手段であることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の流体制御装置。
11. 前記漏出手段は、減圧弁であることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の流体制御装置。
12. 内視鏡又は内視鏡補助具に装着される膨張収縮部材に対して流体流発生源により供給又は吸引される流体の流量を制御する流体制御方法であって、
    前記膨張収縮部材の初期膨張時または初期収縮時には、前記流体流発生源から前記膨張収縮部材に所定流量で前記流体を供給または吸引し、
    前記膨張収縮部材に対して一定の量が供給又は吸引された後、前記流体の圧力を圧力センサで測定しながら、前記流体流発生源から前記膨張収縮部材に前記所定流量より少ない流量で前記流体を供給または吸引する際、
    前記圧力センサは、前記流体が前記膨張収縮部材に所定流量で供給または吸引されるときには、該流体流から隔離されていることを特徴とする流体制御方法。
13. 請求項１〜１１のいずれかに記載の流体制御装置を備えたことを特徴とする内視鏡装置。

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