JP4088315B2 - 内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、管路内や管路内を挿通させて目的部位の補修を行う内視鏡に関する。

近年、体腔内に細長な挿入部を挿入することにより、体腔内の臓器を観察したり、必要に応じ、処置具チャンネル内に挿入した処置具を用いて、各種治療処置のできる内視鏡が広く用いられている。

また、ボイラー・ガスタービンエンジン・化学プラント等の配管・自動車エンジンの内部の傷や腐蝕等の観察や検査等に、工業用内視鏡が広く利用されている。

そして、前記工業用内視鏡を配管内に挿通して傷や腐食などの欠陥部位を発見して補修する方法として、配管外部より欠陥部位に補修部材を当ててガス溶接やアーク溶接で補修する方法がある。

また、特開平６−６３７８７号公報には内視鏡の先端部に湾曲制御可能なマニピュレータを設け、このマニピュレータの先端に配設した溶接手段を用いて、配管内部の欠陥部位を内視鏡の撮像手段で観察しながら、マニピュレータを欠陥部位に配置して、溶接手段によって補修するようにした溶接用内視鏡装置が示されている。
特開平６−６３７８７号公報

しかしながら、特開平６−６３７８７号公報の溶接用内視鏡装置では、図３９に示すように内視鏡４００の湾曲部４０１の湾曲操作及び内視鏡先端部４０２に配設したマニピュレータ４０３の湾曲操作を、挿入部４０４内を通って手元側まで延出されているそれぞれの操作ワイヤ４０１ａ、４０３ａを牽引操作することによって湾曲動作させるようにしていた。このため、内視鏡先端部４０２を、管路内に挿通させて奥深くの目的部位まで挿入して補修作業を行う場合、複雑な形状の管路に挿入されることにより挿入部４０４が複雑に曲がって、手元側で操作ワイヤ４０１ａ、４０３ａを牽引操作しても、前記湾曲部４０１やマニピュレータ４０３に操作力がスムーズに伝達されずに、マニピュレータ４０３の先端に設けられている溶接手段の先端部４０５を補修箇所に正確に配置させることが難しかった。

また、溶接手段の先端部４０５を補修箇所に当てて補修作業を行うため、内視鏡４００の湾曲部４０１を保持状態にしたつもりでいても、操作ワイヤ４０１ａ、４０３ａの弛みなどの発生によって誤動作すると、補修箇所で無い部分に溶接手段が当接して管路にダメージを与えるおそれがあった。

さらに、欠陥部位の補修作業を行うときに、欠陥部位の状態により補修方法を決めるが、この作業を行うためには１つの内視鏡では困難であり、まず１つの内視鏡で欠陥部位の大きさを計測した後、補修作業用の別の内視鏡を挿入して欠陥部位の補修作業を行っていた。しかし、計測した欠陥部位に補修作業用の内視鏡を位置決めする必要があり、この作業を効率的に行えないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡観察を行いながら補修作業としての溶接作業を効率良く的確に行える内視鏡を提供することを目的にしている。

本発明の一態様による内視鏡は、可撓性を有する細長の挿入部の先端部側に設けた硬性ヘッド部と、前記硬性ヘッド部に設けた観察手段と、前記硬性部の後部側に連接した湾曲部とを備える内視鏡において、
前記硬性ヘッド部に一対のマニピュレータを設け、前記一対のマニピュレータは、観察対象における補修部位の補修を行う補修作業手段、溶加材供給手段およびシールドガス供給手段を有するマイクロ溶接具を備え、前記補修作業手段は、溶接を行う溶接手段であることを特徴とする。

本発明によれば、内視鏡観察を行いながら補修作業としての溶接作業を効率良く的確に行えるといった効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１ないし図１３は本発明の一実施例に係り、図１は内視鏡の概略構成を示す説明図、図２は硬性ヘッド部の構成を説明する図、図３は基板の概略構成を示す図、図４はマイクロ光スキャナとマイクロジャイロとを基板に配設した状態を示す説明図、図５はマイクロ光スキャナの構成を説明する図、図６は補修用マニピュレータの構成を説明する図、図７はマイクロ溶接具の構成を説明する図、図８は湾曲部の概略構成を示す説明図、図９は湾曲用形状記憶合金の構成を説明する図、図１０は各湾曲部の構成を説明する断面図、図１１は湾曲用形状記憶合金の湾曲部への配設方法を示す説明図、図１２は内視鏡の使用例を示す図、図１３は湾曲部の作用例を示す説明図である。

図１に示すように内視鏡１は細長な挿入部を有し、この挿入部は先端側から順に硬性ヘッド部２、可撓性を有するチューブ部材からなる湾曲部３及び可撓管部４を連接して構成されている。

前記湾曲部３は、複雑な湾曲動作に対応するように例えば、前記硬性ヘッド部２に連設した第１の湾曲部３ａ、この第１の湾曲部３ａに連設した第２の湾曲部３ｂ、この第２の湾曲部３ｂに一端部が連設して他端部が可撓管部４に連設する第３の湾曲部３ｃとで構成されている。

前記硬性ヘッド部２の先端面には、観察を行うときの視覚機能となる観察光学系５や図示しない補修部を照らす照明機能となる照明光学系６が配設され、硬性ヘッド部２の先端面からは補修部の補修作業を行う補修作業手段を構成するマイクロ溶接具７と、このマイクロ溶接具７を補修部に配置させる後述する湾曲機能を有する補修用マニピュレータ８とが設けられている。

また、硬性ヘッド部２内には補修部の大きさを計測するための計測手段であるマイクロ光スキャナ９及び補修作業時の硬性ヘッド部２の動きを検知して補修作業時における硬性ヘッド部２の姿勢を常時検知する姿勢検知手段となる回転角速度を検出するマイクロジャイロ１０と設けられている。

図２ないし図４を参照して硬性ヘッド部２の構成を説明する。
図２に示すように硬性ヘッド部２に配設される観察光学系５を構成するイメージガイド５ａ及び照明光学系６を構成するライトガイド６ａは、前記硬性ヘッド部２の湾曲部３側を構成する第２の固定部剤１２を挿通して、先端側を構成する第１の固定部材１１の所定位置にそれぞれ固定されるようになっている。そして、前記第１の固定部材１１と第２の固定部材１２との間には前記マイクロ光スキャナ９やマイクロジャイロ１０などを固定した基板１３が配設されるようになっている。

また、前記第１の固定部材１１にはマイクロ溶接具７としてレーザ溶接部７ａと溶加材供給部７ｂとを先端部にそれぞれ設けた補修用マニピュレータ８、８が配設されるようになっている。

前記マイクロ溶接具７としてレーザ溶接部７ａと溶加材供給部７ｂとをマニピュレータ８の先端部に設けたことによって、硬性ヘッド部２の内部にはレーザ溶接部７ａにレーザ光を供給するレーザファイバ１４及び溶加材供給部７ｂに溶加材やシールド用ガスを供給する溶加材用チューブ１５、シールドガス用チューブ１６が挿通している。

さらに、前記補修用マニピュレータ８にはこの補修用マニピュレータ８を所望の方向に湾曲動作させるための湾曲機構部材として後述する形状記憶合金（以下ＳＭＡと略記する）１７が複数配設されている。このＳＭＡ１７の一端部は前記基板１３に接続されて、前記マイクロ光スキャナ９、マイクロジャイロ１０を制御する制御装置（不図示）に電気的に接続されるようになっている。

図３に示すように前記基板１３は、シリコン基板１８と配線や電極部を設けたポリイミド膜１９との複合部材であり、前記ポリイミド膜１９には前記マイクロ光スキャナ９やマイクロジャイロ１０がそれぞれ接続されるスキャナ用電極部２０及びジャイロ用電極部２１や、スキャナ駆動用の回路を構成するスキャナ駆動回路２２及びジャイロ駆動用の回路を構成するジャイロ駆動回路２３などが設けられている。

前記基板１３のスキャナ用電極部２０及びジャイロ用電極部２１やスキャナ駆動回路２２及びジャイロ駆動回路２３にマイクロ光スキャナ９及びマイクロジャイロ１０を接続固定することによって、図４（ａ）に示すように基板１３上にマイクロ光スキャナ９及びマイクロジャイロ１０が配置されるようになっている。

図４（ｂ）に示すように基板１３上にマイクロジャイロ１０ａ、１０ｂを設けたことによって、マイクロジャイロ１０ａで図中矢印ＡＡ′で示す基板１３垂直方向の角速度が検出され、マイクロジャイロ１０ｂで図中矢印ＢＢ′で示す基板１３水平方向の角速度が検出される。このことによって、硬性ヘッド部２が観察光学系５の視野方向に対して上下方向または左右方向に動いたとき、マイクロジャイロ１０によって角速度が検出され、この検出値を湾曲部３の湾曲動作にフィードバックして姿勢保持を行う。

なお、図４（ｃ）に示すように基板１３上にマイクロジャイロ１０ｃを追加して３つ設けることによって、基板１３の垂直方向、水平方向の角速度に加えて、基板１３が長手方向軸に対して回転したときの角速度を検出するようにしても良い。このことにより、初めに認識した画像の重力方向から硬性ヘッド部がどのくらい回転したかをマイクロジャイロ１０ｃが検出するので、観察光学系５によって画像化した画像の重力方向の検出を容易に行える。

図５に示すようにマイクロ光スキャナ９は、スキャナ基板９１上に圧電振動体９２を備え、この圧電振動体９２に対して可動部９３を細長い針状部材９４で連結して、前記圧電振動体９２の振動によって可動部９３が動くようになっている。

前記可動部９３の表面には薄膜状に形成された半導体レーザである面発光レーザ９５が貼り付けられる一方、前記スキャナ基板９１の表面には光の強度を検知する受光素子９６及び対象物までの距離を計測するための距離用受光素子９７を設けられている。

前記スキャナ基板９１の前面にはカバー９８が配設されるようになっており、このカバー９８には前記受光素子９６に対応する位置に形成した開口９８ａと前記距離用受光素子９７に対応する位置に形成したピンホール９８ｂとが設けられている。

なお、前記距離用受光素子９７としてはフォトダイオードー（以下ＰＤと略記する）やポジションセンシング装置（以下ＰＳＤと略記する）があり、距離用受光素子９７がＰＤの場合、ピンホール９８ｂに入射する光の角度が変わることによって距離用受光素子９７に入る光の強さが変わることから、入射する光の変化量によって対象物までの距離わかるようになっている。即ち、予め標準距離となる光の強度を測定しておくことにより、この値を基準にした位置関係が容易に計測され、対象物までの距離とＰＤへの入射する光の変化量を測定すればキズの大きさの計測が可能になる。

一方、前記距離用受光素子９７がＰＳＤの場合は、光の入射した位置がわかることから、前記ピンホール９８ｂとＰＳＤの光の入射位置との関係から入射角が計測される。このとき、圧電振動体９２を制御して可動部９３を動作させているので、前記圧電振動体９２の周波数と可動部９３の振れ角の関係を予め計測しておくことで、対象物までの距離が測定でき、距離がわかればキズの大きさの計測が可能になる。

図６及び図７を参照して補修作業手段について説明する。
図６に示すように補修用マニピュレータ８は、管状の可撓性を有する第１のチューブ８１に、この第１のチューブ８１に外嵌する管状の可撓性を有する第２のチューブ８２を連接して構成されている。

前記第１のチューブ８１の肉部には例えば６つのワイヤ挿通孔８１ａが設けられ、前記第２のチューブ８２の内部には前記第１のチューブ８１に設けたワイヤ挿通孔８１ａに対応する例えばテフロン(登録商標）やシリコン部材で形成したガイドチューブ８３が設けられている。

前記第１のチューブ８１の６つのワイヤ挿通孔８１ａには加熱状態に応じて長さが伸縮する３本の第１の形状記憶合金ワイヤ（以下第１ＳＭＡワイヤ）１７ａが先端面で折り返されて同図（ｂ）に示すように２つのワイヤ挿通孔８１ａ、８１ａを一組にして３本挿通されている。前記第１ＳＭＡワイヤ１７ａは、前記ワイヤ挿通孔８１ａに対応するガイドチューブ８３の透孔を通って手元側に延出して第１ＳＭＡワイヤ１７ａのそれぞれの端部をステンレスや真鍮で形成したパイプ状のカシメ部材８４ａに固定している。なお、このカシメ部材８４ａの外形寸法は、前記ガイドチューブ８３の透孔の内径寸法よりも大きく形成されている。

また、前記第２のチューブ８２には加熱状態に応じて長さが伸縮する第２の形状記憶合金ワイヤ（以下第２ＳＭＡワイヤ）１７ｂが、同図（ｃ）に示すように前記第２のチューブ８２の内周面側と外周面側とを通るように先端側で折り返して３本配設されており、この第２ＳＭＡワイヤ１７ｂのそれぞれの端部をカシメ部材８４ｂに固定している。

前記カシメ部材８４ａ、８４ｂには第１ＳＭＡワイヤ１７ａ及び第２ＳＭＡワイヤ１７ｂに電流を供給するリード線８５がそれぞれ接続されている。

同図（ｄ）に示すように前記第２のチューブ８２の後方には固定部材８６が配設されている。この固定部材８６は、前記第１のチューブ８１と同様に６つのリード線挿通孔８６ａが設けられており、前記第１ＳＭＡワイヤ１７ａの端部のカシメ部材８４に接続されるリード線８５が配設されている。また、前記固定部材８６と第２のチューブ８２との間に前記第２ＳＭＡワイヤ１７ｂが配置される一方、前記第２のチューブ８２とこの第２のチューブ８２を覆う熱収縮チューブ８７との間にカシメ部材８４ｂがそれぞれ配置されている。

このことによって、前記第１のチューブ８１がマニピュレータ第１湾曲部を構成し、前記第２のチューブ８２がマニピュレータ第２湾曲部を構成する。なお、前記第１のチューブ８１と第２のチューブ８２との接続部分の外周に、熱収縮チューブ８７を締め付けて、第１のチューブ８１と第２のチューブ８２とを一体的に連結固定している。

図７に示すようにマイクロ溶接具７は、前記補修用マニピュレータ８の先端に取り付けられるものであり、本実施形態の２つの補修用マニピュレータ８の先端にはレーザ溶接部７ａと溶加材供給部７ｂとがそれぞれ設けられている。

前記レーザ溶接部７ａは、手元側から補修用マニピュレータ８の内部を挿通して先端に導かれたレーザファイバ７１と、このレーザファイバ７１の先端に配設された光学部７２とで構成されている。

一方、溶加材供給部７ｂは、補修箇所を溶接するための溶加材７３を送り出すアクチュエータとなる例えば圧電素子７４を搭載する一方、シールドガスとして例えばアルゴンガスを供給するガス供給チューブ７５を挿通している。

このことにより、前記リード線８５で前記第１ＳＭＡワイヤ１７ａ及び第２ＳＭＡワイヤ１７ｂを加熱することによって、ＳＭＡワイヤ１７ａ、１７ｂの温度を適宜変化させて、補修用マニピュレータ８に設けたマイクロ溶接具７を補修部に対峙させることができるようになっている。

図８ないし図１１を参照して湾曲部３の構成を説明する。
図８に示すように本実施形態の湾曲部３は、３本の柔軟なチューブで第１の湾曲部３ａ、第２の湾曲部３ｂ及び第３の湾曲部３ｃと各湾曲部同士を連結する連結部材３１とで構成されている。

前記湾曲部３を構成する各湾曲部を形成するチューブには、長手方向に延びる複数の貫通孔３２が形成されており、この貫通孔３２には湾曲部用の形状記憶合金（以下湾曲用ＳＭＡと略記する）３３が配設されるようになっている。

図９に示すように貫通孔３２に配設される湾曲用ＳＭＡ３３の外周面には加熱用ヒータ３４が螺旋状に巻回されており、この加熱用ヒータ３４を介して前記湾曲用ＳＭＡ３３を間接的に加熱することによって、湾曲用ＳＭＡ３３の温度を変化させて伸縮、或いは、屈曲する。なお、符号３５は加熱用ヒータ３４に電流を供給するための配線である。

図１０に示すように前記第１の湾曲部３ａ、第２の湾曲部３ｂ及び第３の湾曲部３ｃを構成するチューブにそれぞれ形成される貫通孔３２の数は先端側の第１の湾曲部３ａから順に３つ、６つ、９つと設けられており、各湾曲部３ａ、３ｂ、３ｃの所定の貫通孔３２に３本の湾曲用ＳＭＡ３３を配設している。

具体的には、前記第１の湾曲部３ａには同図（ａ）に示すように３つの貫通孔３２ａ、３２ｂ、３２ｃが形成されており、各貫通孔３２ａ、３２ｂ、３２ｃに湾曲用ＳＭＡ３３を挿通している。また、前記第２の湾曲部３ｂには同図（ｂ）に示すように６つの貫通孔３２ａないし３２ｆが形成され、前記貫通孔３２ｄ、３２ｅ、３２ｆに湾曲用ＳＭＡ３３を挿通している。さらに、前記第３の湾曲部３ｃには同図（ｃ）に示すように９つの貫通孔３２ａないし３２ｉが形成され、前記貫通孔３２ｇ、３２ｈ、３２ｉに湾曲用ＳＭＡ３３を挿通している。

そして、前記第２湾曲部３ｂに形成されている貫通孔３２ａ、３２ｂ、３２ｃ及び前記第３湾曲部３ｃに形成されている貫通孔３２ａ、３２ｂ、３２ｃに、前記第１の湾曲部３ａに設けられた湾曲用ＳＭＡ３３を加熱する加熱用ヒータ３４の配線３５を挿通している。また、前記第３湾曲部３ｃに形成されている貫通孔３２ｄ、３２ｅ、３２ｆに、前記第２の湾曲部３ｂに設けられている湾曲用ＳＭＡ３３を加熱する加熱用ヒータ３４の配線３５を挿通している。

このため、各湾曲部３ａ、３ｂ、３ｃに設けられている湾曲用ＳＭＡ３３の加熱状態を適宜調節することによって、各湾曲部３ａ、３ｂ、３ｃの湾曲状態及び湾曲部３全体の湾曲状態を所望の湾曲状態にすることができるようになっている。

なお、前記湾曲用ＳＭＡ３３の端部は、図１１に示すように各湾曲部３ａ、３ｂ、３ｃの端部に配設される支持部材３６によって固定保持されている。

また、本実施例においては湾曲用ＳＭＡ３３を、加熱用ヒータ３４によって間接的に加熱するようにしているが、前記湾曲用ＳＭＡ３３に直接電流を流してジュール熱によって加熱して湾曲駆動させるようにしても良い。

上述のように構成した内視鏡１の作用を説明する。
内視鏡１を例えば図１２に示す発電施設や航空機エンジンのタービン部４１に挿通させて補修作業を行うものとする。

まず、照明光学系６によって照らされた管路（不図示）を観察光学系５で観察しながら、内視鏡１を押し込んでいく。途中、管路内部に図１３（ａ）に示すような段差部４２があった場合には、第２、３湾曲部３ｂ、３ｃに配設されている湾曲用ＳＭＡ３３を適宜加熱して上方向に湾曲させた状態にして同図（ｂ）に示すように段差部４２に近づけていく。そして、前記第２湾曲部３ｂが下方向に湾曲するように湾曲用ＳＭＡ３３を調節して同図（ｃ）に示すように内視鏡１の硬性ヘッド部２が段差部４２を乗り越えさせる。この後、内視鏡１を押し込んでタービン部４１まで挿通していく。

次に、タービン４１ａ、４１ｂの間に内視鏡１の硬性ヘッド部２を配置し、観察光学系５でタービン４１ｂの状態を観察する。このとき、タービン４１ｂに微小キズを発見したなら、マイクロ光スキャナ９の圧電振動体９２を動作させる。すると、針状部材９４を介して連結されている可動部９３が２次元的に動作して、面発光レーザ９５からレーザ光が出射されて平面的走査が行われる。

前記面発光レーザ９５から出射したレーザ光が対象部位に当たると、反射光が受光素子９６に入射して光の強度が検知される。タービン４１にキズのある場合と無い場合とでは反射光の強度が異なるので、このことからキズの位置がわかると共に、反射光がピンホール９８ｂを通過して距離用受光素子９７に入射することから距離がわかる。

次いで、計測した結果からこの傷の大きさに見合った補修作業の方法を選択する。
補修のために溶接作業を行う必要がある場合には、まず内視鏡１の湾曲部３の湾曲状態を適宜制御して位置決めを行う。次に、マイクロジャイロ１０によって硬性ヘッド部２の姿勢が検知される。このとき、このマイクロジャイロ１０の検知結果により湾曲部３ａ、３ｂ、３ｃに配設されている湾曲用ＳＭＡ３３を制御して姿勢の保持が行な割れると共に、補修用マニピュレータ９を湾曲動作させて補修場所にマイクロ溶接具７の先端部を正確に配置させて溶加材７３を供給しながら溶接作業を行う。

なお、軽度なキズの場合には、マイクロ溶接具７により溶加材７３を使わずに、タービン４１の周辺部を溶融して微小キズの修復を行う。また、キズの発生している場所やキズの大きさによっては補修作業を行わない場合もある。

このように、内視鏡の硬性ヘッド部に計測手段と姿勢検知手段とを設けたことにより、硬性ヘッド部の位置及びキズの大きさを確認しながら正確且つ確実に補修作業を行うことができる。このことにより、マニピュレータの先端部に配設したマイクロ溶接具によって確実に補修作業を行えるので作業性が大幅に向上する。

また、補修作業を行うとき、キズの大きさの計測と、補修作業とを内視鏡の抜き差しをすること無く行うことができる。このことにより、作業時間が大幅に短縮される。

さらに、複雑な形状をした管路内に内視鏡を挿通して、補修用マニピュレータの先端部に配設したマイクロ溶接具を補修箇所に配置する際、湾曲部及び補修用マニピュレータに配設されている湾曲用ＳＭＡ及び第１、第２ＳＭＡワイヤによって湾曲状態を直接的に制御することができる。このことにより、硬性ヘッド部及びマイクロ溶接具を正確に補修箇所に導ける。また、補修作業時の硬性ヘッドの姿勢が安定的に保持されるので、補修作業を正確に行えると共に正確な計測が行える。

また、観察光学系で観察しながら同時に計測手段でキズの大きさの計測を行うことができる。このことにより、補修作業の信頼性が大幅に向上する。

また、万一の事故などにより観察光学系が機能を果たさなくなった場合でも計測手段で物体の認識を行うことができる。

また、補修作業時、操作を誤って、補修箇所が視野外になって硬性ヘッドの位置がわからなくなった場合でも、姿勢検知手段によって検知されている角速度によって速やかに元の位置に戻すことができる。このことにより、補修箇所を見失うことが防止される。

また、硬性ヘッドに姿勢検出手段としてジャイロを設けているので、観察光学系とらえた映像をモニタ上に表示したとき画像の重力方向が容易にわかる。

なお、本実施形態においては湾曲部及び補修用マニピュレータの湾曲動作を３箇所に配設した湾曲用ＳＭＡ及び第１、第２ＳＭＡワイヤによって行っているが３箇所以上であれば４箇所であっても５箇所であってもよい。

また、硬性ヘッド部の構成やマイクロ光スキャナの構成或いはマニピュレータの構成、マイクロ溶接装置の構成、湾曲部の構成は上述の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような構成であっても良い。以下前記実施形態と同部材には同符号を付して説明を省略する。

図１４を参照して硬性ヘッド部の他の構成を説明する。
図に示すように硬性ヘッド部２Ａは、湾曲部３に連設される切り欠き部１０１ａを形成したヘッド部本体１０１と、マイクロ溶接具７を設けた補修用マニピュレータ８及びマイクロ光スキャナ９、マイクロジャイロ１０が固定された基板１３が着脱自在な固定部材本体１０２と、前記切り欠き部１０１ａに配置されるヘッド部カバー１０３とで構成されている。

前記固定部材本体１０２にマイクロ光スキャナ９やマイクロジャイロ１０等を固定した基板１３及びマイクロ溶接具７を設けた補修用マニピュレータ８を配設した後、レーザファイバ１４、溶加材用チューブ１５及びシールドガス用チューブ１６などをヘッド部本体１０１内に収納し、ヘッド部カバー１０３をヘッド部本体１０１の切り欠き部１０１ａに取り付けることにより、このヘッド部カバー１０３、固定部材本体１０２及びヘッド部本体１０１とが一体的に構成されて硬性ヘッド部２Ａが形成される。その他の構成は前記第１実施形態と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。このことにより、硬性ヘッドの組立性が向上する。

なお、、硬性ヘッド部２内でのマイクロ光スキャナ９とマイクロジャイロ１０との配置位置関係は、マイクロ光スキャナ９を内視鏡１の先端側方向に設け、このマイクロ光スキャナ９の後方にマイクロジャイロ１０を設けた構成になっている。このことにより、前記マイクロ光スキャナ９で前記図１に示すよ硬性ヘッド部２の先端側近傍の側面側の測定や、本図に示すような硬性ヘッド部２Ａの先端面前方側の測定のどちらにも対応する。

図１５を参照してマイクロ光スキャナの配置位置の他の構成を説明する。
同図（ａ）に示すようにマイクロ光スキャナ９を例えば斜めに配置させて、観察光学系５視野方向に向けて、走査範囲の中央と観察光学系５の視野の略中央とを一致させてマイクロ光スキャナ９による走査を行えるようにしている。このことにより、計測の作業性効率を向上させることができる。

また、同図（ｂ）に示すようにマイクロ光スキャナ９の受光素子９６をスキャナ部９６ａと受光素子部９６ｂとに分離している。このことによって、周辺の形状に合わせ構成にすることで小型化、細径化が図れる。

図１６を参照して計測手段の他の構成を説明する。
計測手段を前記実施形態におけるマイクロ光スキャナ９の代わりに図に示すように内視鏡１の先端から手元側に設けたファイバ１１０と、受光素子１１１と、手元側に設けたレーザ装置１１２と、このレーザ装置１１２から出射されるレーザ光を集光するレンズ１１３と、前記レーザ装置１１２を前記ファイバ１１０の端面に対して平行に且つ２次元的に走査させる走査手段１１４とで構成している。

この計測手段によれば、手元側のレーザ装置１１２を走査手段である駆動装置１１４により２次元的に動作させながらレーザ光をレンズ１１３に対して出射する。すると、前記レンズ１１３で集光されたレーザ光がファイバ１１０の端面から入射して先端側から対象物に向かって出射する。そして、このレーザ光の反射光を受光素子１１１で検出してキズの計測が行える。

このことにより、内視鏡の挿入部内部に細長なファイバを挿通するだけで計測手段が構成されるので、挿入部の細径化が可能である。前記ファイバの代わりに半導体レーザを設けても同様の作用及び効果が得られる。

なお、図１７に示すように内視鏡１２０の側方に開口部１２１を設け、この内視鏡内部にファイバ１２２と、マイクロ光スキャナ１２３とレンズ１２４とを設けている。前記マイクロ光スキャナ１２３は、前記図５の構成で面発光レーザ９５を取りはずして可動部９３が鏡面となっているものであり、その端面に対してファイバ１２２からの出射光を出射して、反射した光を側方のレンズ１２４で集光してキズ等の計測ができるようにしてもよい。

図１８及び図１９を参照して補修用マニピュレータの他の構成を説明する。
図１８に示すように補修用マニピュレータ８Ａは、２重に配したチューブ１３１、１３２の間に温度変化に応じて屈曲形状を変化させる形状記憶合金板プレート（以下ＳＭＡプレートと略記する）１３３を配設した管状部材１３４を、接続部材１３５によって連結されて、２つの湾曲部を有する補修用マニピュレータ８Ａを構成している。

図１９に示すように前記ＳＭＡプレート１３４にはこのＳＭＡプレート１３４を加熱させるための薄膜ヒーター１３６が貼り付けられており、図示しない手元側の制御装置で加熱温度を制御することで、図１８の矢印Ｆ、Ｇに示すように湾曲動作させることができるようになっている。

図２０を参照してマイクロ溶接装置の他の構成を説明する。
図に示すようにマイクロ溶接装置１４０は、ＴＩＧ溶接装置であり、電気ケーブル１４１の先端にタングステン電極１４２を機械的にカシメ部材１４３によって接続して構成したものであり、電流を通すことによってタングステン電極１４２が加熱される補修ができるようになっている。

図２１を参照してマイクロ溶接装置の別の構成を説明する。
図に示すように一方の補修用マニピュレータ８側に取り付けられている溶加材供給部７ｂの先端からシールドガスが噴出されている。これに対して、他方の補修用マニピュレータ８側に取り付けられているレーザ溶接部７ａにはシールドガスを吸い込むための吸引用孔１４５を設けている。

このことにより、補修作業時に溶加材供給部から噴出されるシールドガスを排気することができるので、密閉された空間で作業を行うとき、内圧が高くなることを防止して安全な作業が行える。

図２２を参照してマイクロ溶接装置のまた別の構成を説明する。
図に示すように補修用マニピュレータ８の先端部にトーチ１５０を設け、このトーチ１５０に対して２つ管路１５１、１５２を合流させて接続している。

前記管路１５１には、溶解アセチレン容器１５２がアセチレン用逆火防止器１５２ａ、アセチレン調整器１５２ｂを介して接続されており、管路１５３には酸素容器１５４が酸素用逆火防止器１５４ａ、酸素圧力調整器１５４ｂを介して接続されている。

溶解アセチレン容器１５２及び酸素容器１５４は高圧ガス容器に充填されており、各圧力調整器１５２ｂ、１５４ｂにより減圧されてトーチ１５０に導かれるようになっている。

このように、マイクロ溶接装置をアセチレンと酸素の量を調整して行えるようにしたことにより、アセチレンと酸素の割合を調節することによって還元炎、中性炎、酸化炎を選択してあらゆる金属の溶接を行うことができる。

図２３及び図２４を参照してマイクロ溶接装置のさらに他の構成を説明する。
図２３に示すように補修用マニピュレータ８の一方の先端に電極部１５５を設け、他方の補修用マニピュレータ８の先端に電極部を兼ねる把持部１５６を設けている。なお、前記電極極１５５と把持部１５６の図示しない手元側は電源に接続されている。

溶接作業を行う場合、図２３に示すように把持部１５６により金属箔１５７を把持し、補修位置に金属箔１５７を配置する。そして、図２４に示すように金属箔１５７を、電極１５５と補修部材１５８とで挟持する。

この状態で、図２４に示すように前記把持部１５６を補修位置の近傍に当接させて電源を入れる。すると、図の破線に示すように電流が流れて、金属箔１５７が溶融させて溶接を終了する。

このことにより、狭い範囲での溶接を行うことができるので、微小キズの補修を容易に行うことができる。また、熱による影響を狭い範囲にすることができる。

図２５及び図２６を参照してマイクロ溶接装置のさらに別の構成を説明する。
図２５に示すようにマイクロ溶接装置１６０は、内視鏡１の先端部から突出する１本の補修用マニピュレータ８と、その先端に設けられた電子銃１６１と、内視鏡１の先端部から手元側まで導かれる管路１６２と、この管路１６２に接続された真空ポンプ１６３とで構成されている。

図２６に示すように電子銃１６１は、先端部１６１ａの内部に陰極部１６４、陽極部１６５、電磁コイル１６６を設けて構成されている。電子銃１６１は、高真空中で陰極部１６４を過熱して放出されて、高電圧で加速し、電磁コイル１６６で集束してエネルギを放出するものである。

内視鏡１を密閉された空間内の補修位置に導き、補修用マニピュレータ８を操作して補修部に配置する。この状態で、真空ポンプ１６３を動作させて、空間内を高真空にし、電子銃１６１から電子ビームを発生させる。

このことにより、補修部に高エネルギを集中させて溶接することができるため、溶接幅が狭く、且つ深くすることができる。

図２７ないし図２９を参照して溶接以外の補修作業手段について説明する。
図２７に示すように補修用マニピュレータ８の先端部には補修作業手段として砥石１７１と、この砥石１７１を回転駆動させる駆動部としてモータ１７２とを有するマイクロ研削装置１７０が配設されている。なお、モータとしてはＤＣモータが用いられる。

また、図２８に示すようにシールドガスの噴射によってエアタービン１７３を回転させることによって砥石１７１を回転させるようにしても良い。

このことにより、図２７に示すような鋭角に切り込まれたクラックがある場合には、このマイクロ研削装置１７０により応力集中が起こらないように丸く削ることができるので、微小クラックに対して容易に補修作業が行える。

さらに、図２９に示すように補修用マニピュレータ８の先端部に設けられている砥石１７１に対して柔軟なフレキシブルなシャフト１７５を連結する一方、シャフト１７５の手元側をモータ１７６に連結している。なお、前記シャフト１７５の外周部にはコイルシース１７７が設けられており、このコイルシース１７７は補修用マニピュレータ８および内視鏡１の内部を通って手元側まで配置されている。

このことにより、モータを駆動させることによってモータの回転力がシャフトを介して砥石に伝達されて、クラックなどの微小キズの補修が行える。

このように、内視鏡の手元側に駆動部であるモータを設けているので、モータを大きくすることが可能になり、砥石による研削力が増大すると共に、内視鏡の細径化が可能になる。

図３０ないし図３２を参照して湾曲部の他の構成を説明する。
図３０に示すように湾曲部３Ａを構成する第１の湾曲部３ｄ、第２の湾曲部３ｅ、第３の湾曲部３ｆはそれぞれ連結部材１８１によって連接されている。前記第１の湾曲部３ｄ、第２の湾曲部３ｅ、第３の湾曲部３ｆを形成するチューブにはそれぞれ細長で長手方向に伸びる透孔１８２ａ、１８２ｂ、１８３ｃが設けられている。

前記チューブに設けた透孔１８２ａ、１８２ｂ、１８３ｃ内には流体として例えば水、空気が流されるようになっており、前記流体を適宜、前記透孔１８２ａ、１８２ｂ、１８３ｃに流し込んで、それぞれの透孔１８２ａ、１８２ｂ、１８３ｃを長手方向に膨張させることによって湾曲部３を所望の方向に湾曲駆動させるものである。

前記湾曲部３ｄ、３ｅ、３ｆの湾曲駆動は、手元側に設けた流体供給源１８３に接続されて、前記透孔１８２ａ、１８２ｂ、１８３ｃ内に延びる後述する流体供給チューブによってそれぞれ独立して湾曲駆動されるようになっている。

図３１を参照して湾曲部の構成を具体的に説明する。
同図（ａ）に示すように湾曲部３を構成する第１の湾曲部３ｄと第２の湾曲部３ｅとに形成されている対向する透孔１８２ａ、１８２ｂ、１８３ｃには前記第１の湾曲部３ｄに導かれる流体供給チューブ１８４ａを配設するための接続孔１８５ａを有するチューブ接続部材１８５が配設されており、このチューブ接続部材１８５の接続孔１８５ａに第１の湾曲部３ｄを湾曲駆動させるための流体供給チューブ１８４ａがそれぞれ配設されている。

また、同図（ｂ）に示すように湾曲部３を構成する第２の湾曲部３ｅと第３湾曲部３ｆとに形成されている対向する透孔１８２ａ、１８２ｂ、１８３ｃには前記第２の湾曲部３ｅに導かれる流体チューブ１８４ｂを配設するための接続孔１８６ａと、前記第１の湾曲部３ｄに至る流体供給チューブ１８４ａが配設される案内孔１８６ｂとを有するチューブ接続部材１８６が配設されており、このチューブ接続部材１８６の接続孔１８６ａに第２の湾曲部３ｅを湾曲駆動させるための流体供給チューブ１８４ｂがそれぞれ配設される一方、前記第１の湾曲部３ｄを湾曲駆動させるための流体供給チューブ１８４ａが案内孔１８６ｂを挿通して第１の湾曲部３ｄに導かれている。

図３２（ａ）、（ｂ）に示すように前記チューブ接続部材１８５、１８６は、各透孔１８２ａ、１８２ｂ、１８３ｃの形状と同形状に形成されており、接続孔１８５ａや接続孔１８６ａ、案内孔１８６ｂを有する中実の蓋部側と、薄肉で略管状の凹部側とで構成されている。

前記接続孔１８５ａ、１８６ａ及び案内孔１８６ｂに配設される流体供給チューブ１８４ａ、１８４ｂは、供給流体である水や空気等が孔の隙間から漏れ出ることが無いように例えば、シリコン等のシール部材を隙間に充填している。

なお、第３湾曲部３ｆの手元側に設けられる接続部材には、第３湾曲部用の流体供給チューブを接続するための接続孔と、前記第１の湾曲部３ｄに至るチューブ１８４ａを挿通する第１の案内孔及び前記第２の湾曲部３ｅに至るチューブ１８４ｂを挿通する第２の案内孔とが形成されている。このため、この第３湾曲部３ｆの各透孔１８２ａ、１８２ｂ、１８３ｃ内には２本の流体供給チューブ１８４ａ、１８４ｂが挿通している。

ここで、図３３ないし図３７を参照して硬質ヘッド部内の回路デバイスの発熱を抑える方法について説明する。
まず、図３３に示す回路デバイス冷却機構を説明する。図に示すように形成したボックス１９１で前記基板１３を覆い、このボックス１９１内にシールドガスを噴出させて発熱を抑えるようにしたものである。

このボックス１９１にはガス供給穴１９２及びチューブ挿通孔１９３が設けられており、前記ガス供給穴１９２から補修用マニピュレータ８の内部にシールドガスを供給するチューブが取り付けられ、チューブ挿通孔１９３にシールドガス用チューブ１６を装着させるものである。このため、シールドガス用チューブ１６の先端から噴出したシールドガスがボックス１９１内に充満して補修用マニピュレータ８に供給されるようになっている。

このことにより、溶接作業時、シールドガスを供給すると、ボックス内部にシールドガスが充満して基板の回路が冷却される。

次に、図３４に示す回路デバイス冷却機構を説明する。図に示すように基板１３上に冷却流体を供給する冷却チューブ１９５を設け、手元側に設けた冷却流体源１９６からポンプ１９７によって冷却流体を供給して発熱を抑えるようにしたものである。

このことによって、内視鏡使用時、使用に応じてポンプ１９７を駆動させて、冷却流体を液体供給源１９６か基板１３の冷却チューブ１９５に供給して基板１３の温度上昇を防止している
なお、図３５、図３６に示すように基板１３の内部に流路１９８を設け、そこにシールドガスを供給するためのシールドガス供給チューブ１６を接続するようにしても良い。このことにより、溶接作業を行うとき、効果的に基板が冷却される。符号１９９は流路１９８を通ったシールドガスを補修用マニピュレータ８に供給するための流路となる連絡チューブである。

次いで、図３７示す回路デバイス冷却機構を説明する。図に示すように内視鏡１の硬性ヘッド部２の外周部にフィン構造２００を設けて硬性ヘッド部内に搭載されている回路デバイスで発生した熱を放熱しやすくしている。

図３８で内視鏡の別の構成を説明する。
図に示す内視鏡２０１は補修作業手段をプローブ２０６で構成するものであり、このプローブ２０６は前記内視鏡２０１に対して着脱自在な構成になっている。

即ち、内視鏡２０１は、細長な挿入部２０２を有し、先端側に湾曲部２０３として第１湾曲部２０３ａ、第２湾曲部２０３ｂ、第３湾曲部２０３ｃを有している。

前記第１の湾曲部２０３ａの先端に設けられた硬性ヘッド部２０４には、観察光学系５、照射光学系６、対象物の大きさを計測をするマイクロ光スキャナ（不図示）、硬性ヘッド部２０４の姿勢を検知するマイクロジャイロ（不図示）及び前記プローブ２０６が突出する処置孔２０５ａが設けられている。

前記内視鏡内２０１には前記処置孔２０５ａに連通するチューブ２０５が手元側まで配されている。なお、前記プローブ２０６の先端部には複数の湾曲部２０６ａ、２０６ｂが設けられている。その他の構成は前記実施形態と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。

このことにより、内視鏡の手元側からプローブを先端側に送りこんで、硬性ヘッド部の先端面の処置孔からプローブを突出させて補修作業を行うことができるようになっているので、内視鏡の抜き差しを行うことなく、様々なプローブを取りかえて複数の作業が行える。

［付記］
（１） 先端側に設けた硬性ヘッド部と、この硬性ヘッド部に連設する湾曲部とを備えた可撓性の挿入部を有する内視鏡において、
前記硬性ヘッド部に補修作業手段を設けると共に、補修部の大きさを計測する計測手段及びこの硬性ヘッド部の姿勢を検知する姿勢検知手段を設けた内視鏡。

（２）前記補修作業手段は、先端部が湾曲制御可能なマニピュレーターと、このマニピュレーターの先端に設けられる溶接手段からなる付記１記載の内視鏡。

（３）前記溶接手段は、熱を発する溶接部と、溶加材を供給する溶加材供給部と、補修部にシールドガスを噴射するシールドガス供給部とからなる付記２記載の内視鏡。

（４）前記マニピュレーターは、形状記憶合金を加熱制御して湾曲操作される付記２記載の内視鏡。

（５）前記溶接手段は、熱源がレーザー光線である付記３記載の内視鏡。

（６）前記溶接手段は、熱源がガス燃焼炎である付記３記載の内視鏡。

（７）前記溶接手段は、熱源をアークとする付記３記載の内視鏡。

（８）前記溶接手段は、熱源をジュール熱とするスポット溶接である付記３記載の内視鏡。

（９）前記溶接手段は、熱源を電子銃とする電子ビーム溶接である付記３記載の内視鏡。

（１０）前記補修作業手段が前記マニピュレーター先端に設けた研削手段である付記１の内視鏡。

（１１）前記研削手段は、砥石と、この砥石を回転動作させる駆動手段とで構成される付記１０記載の内視鏡。

（１２）前記砥石を回転動作させる駆動手段がＤＣモーターである付記１１記載の内視鏡。

（１３）前記砥石を回転動作させる駆動手段が、回転翼を有するタービンと、このタービンに供給される流体源からなる付記１１記載の内視鏡。

（１４）前記計測手段は、光の射出部と、前記射出部を広い範囲でスキャニングする駆動部と、光の反射光の強さを測る計測部とからなる付記１記載の内視鏡。

（１５）前記硬性ヘッド部の姿勢を検知する姿勢検知手段は、角速度を検出するジャイロである付記１記載の内視鏡。

（１６）前記計測手段と前記姿勢検知手段の駆動制御回路と基板とを前記硬性ヘッド部に設けた付記１記載の内視鏡。

（１７）前記計測手段及び前記姿勢検知手段の駆動制御回路を１つの基板上に設けた付記１記載の内視鏡。

（１８）前記計測手段及び前記姿勢検知手段の駆動制御回路を設けた基板が、シリコン基板である付記１７または付記１８記載の内視鏡。

（１９）前記基板と前記基板上に配置されている計測手段及び姿勢検知手段及びそれぞれの駆動制御回路を覆う箱体を備え、この箱体の内部にシールドガスが通過する流路を設けた付記３または付記１７記載の内視鏡。

（２０）前記基板上または基板内部にシールドガスを通す流路を設けた付記１７記載の内視鏡。

（２１）前記基板に、前記計測手段と前記姿勢検知手段及びそれらの駆動制御回路を冷却するための冷却供給路を設けた付記１７記載の内視鏡。

（２２）前記硬性ヘッド部に対して、前記補修作業手段と前記計測手段と前記姿勢検知手段とがそれぞれ独立して着脱可能である付記１記載の内視鏡。

（２３）前記硬性ヘッド部にフィン構造を設けた付記１記載の内視鏡。

（２４）前記複数の湾曲部は、可撓性を有するチューブと、このチューブ内に設けた形状記憶部材と、この形状記憶部材を加熱する加熱手段と、この加熱手段を制御する制御装置とで構成される付記１記載の内視鏡。

（２５）前記湾曲部は、長手方向および径方向に複数の透孔を有するチューブと、前記透孔に対して流体を供給する流体供給手段と、前記流体供給手段を制御する流体制御手段とで構成される付記１記載の内視鏡。

図１ないし図１３は本発明の一実施例に係り、図１は 内視鏡の概略構成を示す説明図 硬性ヘッド部の構成を説明する図 基板の概略構成を示す図 マイクロ光スキャナとマイクロジャイロとを基板に配設した状態を示す説明図 マイクロ光スキャナの構成を説明する図 補修用マニピュレータの構成を説明する図 マイクロ溶接具の構成を説明する図 湾曲部の概略構成を示す説明図 湾曲用形状記憶合金の構成を説明する図 各湾曲部の構成を説明する断面図 湾曲用形状記憶合金の湾曲部への配設方法を示す説明図 内視鏡の使用例を示す図 湾曲部の作用例を示す説明図 硬性ヘッド部の他の構成を示す説明図 マイクロ光スキャナの配置位置の他の構成を示す説明図 計測手段の他の構成を示す説明図 計測手段の別の構成を示す説明図 補修用マニピュレータの他の構成を示す説明図 形状記憶合金プレートと薄膜ヒーターとの関係を示す図 マイクロ溶接装置の他の構成を示す図 マイクロ溶接装置の別の構成を示す図 マイクロ溶接装置のまた別の構成を示す図 マイクロ溶接装置のさらに他の構成を示す図 マイクロ溶接装置の作用を示す図 マイクロ溶接装置のさらに別の構成を示す図 電子銃の概略構成を示す説明図 溶接以外の補修作業手段の１例を示す図 回転駆動させる駆動部とエアタービンを説明する図 砥石を回転駆動させる駆動部の他の構成を示す説明図 湾曲部の他の構成を示す説明図 湾曲部の構成を具体的に示す説明図 チューブ接続部材の概略構成を説明する図 硬質ヘッド部内の回路デバイス冷却機構の１例を示す説明図 硬質ヘッド部内の回路デバイス冷却機構の他の例を示す説明図 硬質ヘッド部内の回路デバイス冷却機構の応用例を示す説明図 図３５の回路デバイス冷却機構を硬質ヘッド部内に配設した状態を示す図 硬質ヘッド部内の回路デバイス冷却機構の別の例を示す説明図 補修作業手段が着脱自在な内視鏡の構成を示す説明図 従来の内視鏡の湾曲部の概略構成を説明する図

符号の説明

１…内視鏡
２…硬性ヘッド部
３…湾曲部
７…マイクロ溶接具
７ａ…レーザ溶接部
７ｂ…溶加材供給部
７５…ガス供給チューブ
８…補修用マニピュレータ
９…マイクロ光スキャナ
１０…マイクロジャイロ
１７ａ…第１ＳＭＡワイヤ
１７ｂ…第２ＳＭＡワイヤ

Claims (3)

1. 可撓性を有する細長の挿入部の先端部側に設けた硬性ヘッド部と、前記硬性ヘッド部に設けた観察手段と、前記硬性部の後部側に連接した湾曲部とを備える内視鏡において、
   前記硬性ヘッド部に一対のマニピュレータを設け、
   前記一対のマニピュレータは、
   観察対象における補修部位の補修を行う補修作業手段、溶加材供給手段およびシールドガス供給手段を有するマイクロ溶接具を備え、
   前記補修作業手段は、溶接を行う溶接手段であることを特徴とする内視鏡。
2. 前記一対のマニピュレータは、加熱状態に応じて長さが伸縮する形状記憶部材を複数有し、この複数の形状記憶部材の加熱状態に応じて所望方向に湾曲する湾曲部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
3. 前記溶接手段は、レーザファイバと、前記レーザファイバの先端に配置された光学部とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡。

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