JP2014064755A - ブレーキ機構及びこれを備えた医療用マニピュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキシューをブレーキロータに押し付けるための弾発力を小さくしつつ、大きな制動力が得られるブレーキ機構及びこれを備えた医療用マニピュレータを提供する。
【解決手段】医療用マニピュレータ１０はブレーキ機構１３４を備える。ブレーキ機構１３４は、ブレーキロータ１７４と、ブレーキロータ１７４の外周部に接触可能なブレーキシュー１７６とを有する。ブレーキロータ１７４の外周部には、周方向に沿って第１ギヤ１７５Ａが設けられる。ブレーキシュー１７６の、ブレーキロータ１７４の外周部に対向する部分には、第１ギヤ１７５Ａと噛合い可能な第２ギヤ１７５Ｂが設けられる。
【選択図】図８

Description

本発明は、回転操作部に対する操作が機械的に伝達されて動作部が連動する機構の動きを制限するブレーキ機構及びこれを備えた医療用マニピュレータに関する。

内視鏡下外科手術（又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。）においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、これらの孔にトラカール（筒状の器具）を挿入した後、各トラカールを通して、腹腔鏡（カメラ）と複数の鉗子を体腔内に挿入する。鉗子の先端部には、エンドエフェクタとして、生体組織等を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。

腹腔鏡と鉗子を体腔内に挿入したら、腹腔鏡に接続されたモニタに映る腹腔内の様子を見ながら鉗子を操作して手術を行う。このような手術方法は、開腹を必要としないため、患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減される。このため、このような手術方法は、適用分野の拡大が期待されている。

内視鏡下外科手術に用いられる鉗子として、先端部に関節を持たない一般的な鉗子の他に、先端部に関節を有してエンドエフェクタのロール動作や傾動動作が可能な鉗子、いわゆる医療用マニピュレータの開発が行われている（例えば、下記特許文献１参照）。このような医療用マニピュレータによれば、体腔内で自由度の高い動作が可能であり、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなる。

特許第４３９１７６２号公報

ところで、傾動可能なエンドエフェクタを備えた医療用マニピュレータを用いた手術において、生体内に挿入されたエンドエフェクタで生体組織（例えば、臓器）を押す場合がある。この場合、モータ駆動によりエンドエフェクタの傾動を行うものであれば、モータの回転抵抗やギヤ等があることにより、エンドエフェクタが生体組織から反力を受けても、この反力によってエンドエフェクタの角度が変わってしまうことが抑制される。しかしながら、操作部（操作ダイヤル）を手動操作してエンドエフェクタの傾動を行うものでは、エンドエフェクタで生体組織を押した場合に、その反力でエンドエフェクタの角度が変わってしまうことがある。

これを防止するため、操作部を手で押さえることでエンドエフェクタが動かないようにすることは面倒であり、手技を円滑に行うことが困難となる。また、エンドエフェクタが反力で動かないようにするために、操作部とエンドエフェクタとの間の動力伝達経路上にウォームギヤを配置することが考えられる。しかし、ウォームギヤを用いると、エンドエフェクタの角度を変えるために操作部を何度も回す必要があり、操作に対する応答性が悪くなる。

また、医療用マニピュレータにおいて、ブレーキロータとブレーキシューとにより制動力を発揮するブレーキ機構を採用し、その際に、バネ等の弾性部材の弾発力でブレーキシューをブレーキロータに押し付け、その際の摩擦力で制動力を発揮し、弾発力に抗してブレーキシューをブレーキロータから離すことで制動を解除するように構成することが考えられる。

しかしながら、弾性部材の弾発力が小さいとブレーキロータとブレーキシューとの間の摩擦力が小さく、十分な制動力が得られず、エンドエフェクタで生体組織を押す際に、エンドエフェクタの角度を維持できない。逆に、弾性部材の弾発力が大きすぎると、ブレーキ解除に必要な操作力が大きくなり、医療用マニピュレータの操作性が悪くなる。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ブレーキシューをブレーキロータに押し付けるための弾発力を小さくしつつ、大きな制動力が得られるブレーキ機構及びこれを備えた医療用マニピュレータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、操作部に対する入力操作が機械的に伝達されて動作部が連動する機構の動きを制限するブレーキ機構であって、前記操作部の回転に連動して回転するブレーキロータと、前記ブレーキロータに対して進退動可能であり、前記ブレーキロータの外周部に接触可能なブレーキシューと、を備え、弾性部材の弾発力に基づいて前記ブレーキシューを前記ブレーキロータに押し付けることにより制動力が発生し、前記弾発力に抗して前記ブレーキシューを前記ブレーキロータから離間させることにより制動が解除され、前記ブレーキロータの前記外周部には、周方向に沿って第１ギヤが設けられ、前記ブレーキシューの、前記ブレーキロータの前記外周部に対向する部分には、前記第１ギヤと噛合い可能な第２ギヤが設けられることを特徴とする。

上記の構成によれば、弾性部材の弾発力に基づいてブレーキシューがブレーキロータに押し付けられた際、ブレーキロータに設けられた第１ギヤと、ブレーキシューに設けられた第２ギヤとが噛み合あう。このため、ブレーキシューの外周部とブレーキシューとが共に平滑面である場合と比較して、ギヤ同士の噛み合いによる強い制動力が得られる。従って、弾性部材の弾発力が小さくても、十分な制動力を得ることができることから、弾性部材の弾発力に抗してブレーキを解除する際の操作力を効果的に低減することができる。

上記のブレーキ機構において、前記弾性部材によって前記ブレーキロータ側に弾性的に押圧されるとともに前記ブレーキロータに対して進退動可能なスライド部材を備え、前記ブレーキシューは、前記スライド部材に取り付けられた部品であってもよい。この構成によれば、ブレーキシューが、弾性部材に押圧される部品に一体成型されたものではなく、別部品として構成されたスライド部材に取り付けられた部品であるため、ブレーキシューの設計変更があった場合に、スライド部材はそのままに、ブレーキシューのみを変更すればよいため、設計変更に柔軟に対応できる。

上記のブレーキ機構において、前記第２ギヤは、前記ブレーキロータの前記外周部に適合する円弧状に延在し、前記ブレーキシューは、前記スライド部材に対して僅かに揺動可能な状態で前記スライド部材に取り付けられていてもよい。この構成によれば、ブレーキシューがブレーキロータに当接した際に、第１ギヤと第２ギヤとが周方向の所定範囲に亘って噛み合うようにブレーキシューが自動的に角度を変える。従って、ブレーキシューがブレーキロータに対して自動的に調心され、制動力を好適に発揮することができる。

上記のブレーキ機構において、前記ブレーキロータ、前記ブレーキシュー及び前記スライド部材は、フレーム内に配置され、前記フレームのうち、前記スライド部材を基準として前記ブレーキロータとは反対側を構成する壁部には、前記弾性部材が挿通可能な大きさの挿通孔が設けられ、前記挿通孔には、前記弾性部材を押える押え部材が装着されていてもよい。この構成によれば、弾性部材の組み込み、取り外しを容易且つ迅速に行うことができる。

上記のブレーキ機構において、前記押え部材は、前記弾性部材の圧縮量を変更可能に前記挿通孔に装着されてもよい。この構成によれば、挿通孔に対する押え部材の装着の深さを変えることで、弾性部材の圧縮量を変え、ブレーキシューのブレーキロータに対する押し付け力を簡単に調整することができる。なお、挿通孔に対する押え部材の装着を螺合構造とすると、押え部材の位置の微調整が容易である。

また、本発明は、ハンドルから延出したシャフトの先端に、前記シャフトに対して傾動可能な先端動作部を備え、前記ハンドルに設けられた傾動操作部に対する入力操作が機械的に伝達されて前記先端動作部が傾動動作するように構成された医療用マニピュレータであって、上記のブレーキ機構を備え、前記ブレーキロータは、前記傾動操作部の回転に連動して回転するものであり、前記弾性部材の弾発力に基づいて前記ブレーキシューを前記ブレーキロータに押し付けることにより、前記ブレーキロータの回転が阻止され、前記シャフトに対する前記先端動作部の角度が固定されることを特徴とする。

この医療用マニピュレータによれば、弾性部材の弾発力が小さくても、十分な制動力を得ることができることから、弾性部材の弾発力に抗してブレーキを解除する際の操作力を効果的に低減することができる。

本発明のブレーキ機構によれば、ブレーキシューをブレーキロータに押し付けるための弾発力を小さくしつつ、大きな制動力が得られる。また本発明の医療用マニピュレータによれば、ブレーキ解除に必要な操作力を小さくでき、操作性を向上できる。

本発明の一実実施形態に係る医療用マニピュレータの一部省略斜視図である。 図１に示した医療用マニピュレータにおけるハンドルの一部断面側面図である。 図１に示した医療用マニピュレータにおける先端動作部の斜視図である。 先端動作部の縦断面図である。 機構ユニットの斜視図である。 機構ユニットの分解斜視図である。 機構ユニットの一部断面平面図である。 機構ユニットの縦断面図である。 スライド部材、ブレーキシュー及びボルトの分解斜視図である。 スライド部材、ブレーキシュー及びボルトの一部省略断面図である。 機構ユニットの基端側からの斜視図である。 レバー機構の斜視図である。

以下、本発明に係るブレーキ機構及び医療用マニピュレータについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る医療用マニピュレータ１０（以下、「マニピュレータ１０」と略称する。）の一部省略斜視図である。マニピュレータ１０は、先端に設けられたグリッパ１２（エンドエフェクタ）で針や糸あるいは生体の一部を把持し又は生体に触れて、所定の処置を行うための医療機器である。マニピュレータ１０は、先端に設けられたグリッパ１２で医療用針（湾曲針等）を把持可能なニードルドライバとして構成されている。

マニピュレータ１０は、グリッパ１２を含む先端動作部１４（動作部）と、グリッパ１２を駆動するハンドル１６と、グリッパ１２とハンドル１６とを連結するシャフト１８とを備える。グリッパ１２は、外科的処置を行う部分であり、図示例では、第１及び第２グリッパ部材６０、６１を有し、所定の開閉動作軸を基準に開閉動作するように構成されている。

グリッパ１２を含む先端動作部１４は、シャフト１８に対して複数の自由度で姿勢変更が可能である。本実施形態では、先端動作部１４は、シャフト１８の軸線に対して左右に傾動する「傾動動作」（首振り動作）と、当該先端動作部１４の長手方向の軸線を中心に回転する「ロール動作」とを行うことができる。傾動動作は、左右方向への首振りに代えて、シャフト１８の軸線に対して上下に傾動する動作であってもよい。

シャフト１８は、長尺で細径の管状部材であり、その中空部には、グリッパ１２の開閉動作、先端動作部１４のロール動作及び傾動動作をするのに必要な動力を、ハンドル１６側から先端動作部１４に伝達するための動力伝達機構を構成する複数の部材が挿通及び配置されている。

ハンドル１６は、複数の操作部を含むハンドル本体２０と、ハンドル本体２０に着脱可能でありモータ３８を含む駆動ユニット２２とを備え、ハンドル本体２０に駆動ユニット２２が装着された状態でモータ３８が駆動した際、モータ３８の駆動力が先端動作部１４に伝達されるように構成される。このため、ハンドル本体２０、シャフト１８及び先端動作部１４を含むマニピュレータ本体については、所定回数使用した後に廃棄し、一方、駆動ユニット２２については、接続するマニピュレータ本体を変えて何度も使用する、という利用形態を取ることができる。

ハンドル本体２０は、シャフト１８の基端が連結された胴体部２３と、胴体部２３に設けられ開閉操作部を構成するレバー２４と、胴体部２３に設けられ傾動操作部を構成する傾動用ホイール２６（操作部）と、胴体部２３に設けられロール操作部を構成するロール用スイッチ２８とを備える。

胴体部２３は、マニピュレータ１０の使用時に使用者が握る部分であり、本実施形態では、シャフト１８の軸線方向にやや長く延在するスティック状に構成されている。胴体部２３は、上部カバー２９ａと下部カバー２９ｂとからなる筐体２９を有し、当該筐体２９内に、プーリ、歯車、ワイヤ等の駆動部品が配置される。

胴体部２３の下部には、グリッパ１２の開閉操作を行うためのレバー２４が、その先端側を支点として上下に揺動自在に設けられる。本実施形態では、レバー２４は、手動操作部として構成されており、レバー２４に対する操作力が機械的に先端動作部１４のグリッパ１２に伝達されることで、グリッパ１２の開閉動作が行われる。具体的には、レバー２４を開いた状態でグリッパ１２が開き、レバー２４を閉じるとグリッパ１２が閉じるように構成されている。

先端動作部１４を傾動動作させるための傾動用ホイール２６は、胴体部２３の長手方向の中央付近に設けられる。当該傾動用ホイール２６は、手動操作部として構成されており、筐体２９の左右両側に設けられた開口２７から傾動用ホイール２６が部分的に露出している。傾動用ホイール２６を回転操作すると、その操作力が、ハンドル１６及びシャフト１８内に設けられた傾動動作用の動力伝達系を介して機械的に先端動作部１４に伝達され、先端動作部１４がシャフト１８の軸線に対して非平行な方向（左右方向又は上下方向）に傾動する。

先端動作部１４をロール動作させるためのロール用スイッチ２８は、胴体部２３の先端寄りの上部に設けられる。本実施形態では、ロール用スイッチ２８は、コントローラ４４を介してモータ３８に対して操作指令を与える電動操作部として構成される。

ロール用スイッチ２８を押圧操作すると、押圧した位置に応じた信号が、コネクタ５４及びケーブル４２を介してコントローラ４４に送信され、当該コントローラ４４の制御作用下にモータ３８が駆動し、モータ３８の駆動力が先端動作部１４に伝達されることで、先端動作部１４が当該先端動作部１４の長手方向の軸線を中心として回転する。本実施形態では、ロール用スイッチ２８の右寄りの部分を押すと先端動作部１４が右回りに回転し、ロール用スイッチ２８の左寄りの部分を押すと先端動作部１４が左回りに回転する。

図２は、マニピュレータ１０におけるハンドル１６の一部断面側面図である。図２に示すように、駆動ユニット２２は、ハウジング３６と、ハウジング３６内に配置されたモータ３８（駆動原）と、モータ３８の出力軸に固定された駆動歯車４０（ピニオンギヤ）とを有し、ハンドル本体２０の後部に着脱可能である。

駆動ユニット２２は、動力線及び信号線を含むケーブル４２を介してコントローラ４４に接続されている。コントローラ４４は、モータ３８への電力供給と駆動制御を行うものであり、外部電源から電力を受ける。ロール用スイッチ２８を操作すると、その操作に応じた信号がコントローラ４４に送信され、コントローラ４４がモータ３８の駆動を制御する。

駆動ユニット２２をハンドル本体２０の胴体部２３に装着すると、モータ３８の出力軸３８ａに固定された駆動歯車４０と、胴体部２３内に設けられた従動歯車４１とが噛み合う。この状態で、モータ３８が回転すると、モータ３８の回転駆動力が、駆動歯車４０と従動歯車４１を介してハンドル本体２０側へと伝達される。

図２に示すように、ハンドル本体２０の胴体部２３の後部には、ハンドル側コネクタ５０が設けられ、駆動ユニット２２の後部には、ユニット側コネクタ５２が設けられる。ハンドル側コネクタ５０とユニット側コネクタ５２とが接続された状態で、ロール用スイッチ２８を操作すると、当該ロール用スイッチ２８の状態に対応した信号が、コネクタ５４及びケーブル４２の信号線を介してコントローラ４４に伝送され、コントローラ４４の制御作用下に、駆動ユニット２２に搭載されたモータ３８が駆動する。

本実施形態に係るマニピュレータ１０においては、先端動作部１４のロール動作のみをモータ３８による電動駆動とし、先端動作部１４の傾動動作及び開閉動作については手動駆動であるが、マニピュレータ１０の変形例では、ロール動作だけでなく、傾動動作と開閉動作の一方又は両方についても電動駆動として構成されてもよい。

図３は、シャフト１８の先端に連結された先端動作部１４を示す斜視図である。図４は、先端動作部１４の縦断面図である。図３及び図４に示すように、先端動作部１４は、開閉動作可能なグリッパ１２と、グリッパ１２が固定された中空円筒状の回転スリーブ５６と、内周部で回転スリーブ５６を軸線回りに回転可能に支持する先端側支点ブロック５８とを有する。

グリッパ１２は、第１グリッパ部材６０と、第２グリッパ部材６１とからなる。第１グリッパ部材６０と第２グリッパ部材６１とは、ピン６３により、グリッパ軸線Ｏｇを中心として回転可能に連結される。第１グリッパ部材６０と第２グリッパ部材６１とにより、例えば針等の把持対象物が把持される。

第２グリッパ部材６１は、ピン、リンク部材６２及びピンを介して、伝達部材６４に連結される。伝達部材６４は、ガイド管部６４ａと、ガイド管部６４ａの先端に設けられたフランジ６４ｂと、フランジ６４ｂの縁部から先端方向に互いに平行に延出する支持アーム６４ｃとを有し、回転スリーブ５６内に軸線方向に移動可能に配置される。

伝達部材６４と回転スリーブ５６との間には圧縮スプリング６６が配置される。圧縮スプリング６６は、一端が伝達部材６４のフランジ６４ｂに当接し、他端が回転スリーブ５６の内周部に設けられた段差部５６ａに当接し、伝達部材６４を先端方向に弾性的に常時付勢する。

伝達部材６４には、エンドカラー６８が先端側から挿通される。エンドカラー６８の先端部は、伝達部材６４のガイド管部６４ａの先端面に当接して係合する係合膨出部６８ａとして構成される。エンドカラー６８は、先端動作部１４とシャフト１８との間の関節部１７に通されたプルワイヤ７０の先端に固定される。

プルワイヤ７０は、ハンドル１６のレバー２４に対する操作に応じてシャフト１８内及び先端動作部１４内を進退移動する部材である。先端動作部１４とシャフト１８との間の関節部１７は、傾動軸線Ｏｙ上に配置された一対の関節ピン７３、７４を有する。開閉駆動伝達部８０の一部であるプルワイヤ７０は、一対の関節ピン７３、７４間に設けられた隙間を、関節ピン７３、７４の軸線方向と交差する方向に進退移動可能である。

プルワイヤ７０が基端方向に変位すると、当該プルワイヤ７０に固定されたエンドカラー６８により伝達部材６４が基端方向に押圧され、これにより圧縮スプリング６６の付勢力に抗して、伝達部材６４が基端方向に変位する。この伝達部材６４の基端方向への変位に伴い、リンク部材６２に連結された第２グリッパ部材６１が、第１グリッパ部材６０に対して閉じる方向に回動させられる。図４では、第２グリッパ部材６１の把持面６１ｂと第１グリッパ部材６０の把持面６０ｂとが接触する位置まで閉じた状態の第２グリッパ部材６１が、仮想線で示されている。

第２グリッパ部材６１の把持面６１ｂと第１グリッパ部材６０の把持面６０ｂとが接触する位置まで閉じた状態から、プルワイヤ７０及びエンドカラー６８が前進すると、圧縮スプリング６６の弾発力により伝達部材６４が前進するため、リンク部材６２を介して第１グリッパ部材６０が第２グリッパ部材６１に対して開く方向に回動し、元の状態に復帰する。この動作が、グリッパ１２の開閉動作である。

なお、本実施形態において、グリッパ１２は、第１グリッパ部材６０が固定部として構成され、第２グリッパ部材６１が可動部として構成されているが、両方のグリッパ部材が可動部として構成されてもよい。

プルワイヤ７０の基端には、図２に示すプルロッド９１の先端が連結されている。プルロッド９１は、管状部材であり、シャフト１８内に挿通配置されている。プルワイヤ７０とプルロッド９１とは、軸線回りに相対回転可能であり、且つプルロッド９１の基端方向への引っ張り力がプルワイヤ７０に伝達されるように、シャフト１８内で連結されている。

このように構成されるため、プルロッド９１が軸線方向に変位した際には、プルロッド９１に連結されたプルワイヤ７０も軸線方向に変位することにより、グリッパ１２の開閉動作が行われる。また、先端動作部１４がロール動作する際には、プルワイヤ７０がプルロッド９１に対して回転することができるため、先端動作部１４のロール動作に支障がない。

図２に示すように、プルロッド９１は、中空シャフト８９内に挿通され、且つその基端が中空シャフト８９の基端から突出する。一方、レバー２４は、その先端部において、胴体部２３の先端寄りの箇所で胴体部２３に対して揺動可能に連結される。レバー２４の先端部近傍には、胴体部２３の下方に胴体部２３の長手方向と略平行に配置されたレバーロッド９６の先端が回動可能に連結されている。

胴体部２３の下部には、フック部材１１８を支持するフックホルダ１１６が固定され、当該フックホルダ１１６の先端面と、レバーロッド９６の先端拡径部９６ａとの間に、圧縮スプリング９８が配置される。この圧縮スプリング９８は、レバーロッド９６を先端方向に弾性的に常時付勢する。従って、レバーロッド９６に連結されたレバー２４は、圧縮スプリング９８の弾発力により、常時、胴体部２３に対して開く方向の力を受ける。レバー２４からの駆動力は、中間伝達機構１００を介して、開閉駆動伝達部を構成するプルロッド９１及びプルワイヤ７０へと伝達される。

ハンドル本体２０において、胴体部２３に対してレバー２４が開いた状態（図２参照）を初期位置とする。この初期位置では、グリッパ１２が全開状態となる位置までプルロッド９１が前進している。使用者がレバー２４を握り、レバー２４を胴体部２３側に引き寄せる（レバー２４を閉じる）と、レバーロッド９６が基端方向へ変位する。このとき、中間伝達機構１００を介してプルロッド９１が基端方向に引っ張られるため、グリッパ１２が閉じる方向に動作する。

次に、先端動作部１４のロール動作に関連する機構について説明する。図４に示すように、回転スリーブ５６の先端部は、第１グリッパ部材６０の基部６０ｃに嵌合し固着されている。回転スリーブ５６の基端には、傘歯車部５６ｃが設けられる。グリッパ１２、回転スリーブ５６、伝達部材６４、エンドカラー６８及び圧縮スプリング６６は、先端動作部１４の長手方向のロール軸線Ｏｒを中心として、先端側支点ブロック５８に対して一体的に回転可能である。

先端側支点ブロック５８は、中空円筒状であり、シャフト１８の軸線方向に対して姿勢変更可能に設けられ内周部で回転スリーブ５６を回転自在に支持する。先端側支点ブロック５８の内周に設けられた周方向に延在する突起と、回転スリーブ５６に設けられた環状凹部５６ｄとが係合することにより、回転スリーブ５６が先端側支点ブロック５８に対して回転可能且つ軸線方向に移動不可能に連結される。

先端側支点ブロック５８とシャフト側支点ブロック５９とは、関節ピン７３、７４により、傾動軸線Ｏｙを中心に互いに回動可能に連結される。先端側支点ブロック５８先端の上部及び下部に設けられた舌片部５８ｂ、５８ｃと、シャフト側支点ブロック５９基端の上部及び下部に設けられた舌片部５９ｂ、５９ｃとに、関節ピン７３、７４が嵌合される。シャフト側支点ブロック５９は、シャフト１８の胴体部分を構成する中空状のシャフト本体１９（図３参照）の先端に固定される。シャフト側支点ブロック５９とシャフト本体１９とにより、シャフト１８が構成される。傾動軸線Ｏｙは、上下方向に設定されているが、シャフト本体１９の軸線に対して交差する他の方向に設定されてもよい。

図４に示すように、一方の関節ピン７３には、傘歯車８６が回転自在に支持される。傘歯車８６の歯部８６ａは、回転スリーブ５６の基端に設けられた傘歯車部５６ｃと、歯車部材８８の先端に設けられた傘歯車部８８ａとに噛み合う。歯車部材８８は、中空円筒形の部材であり、その中空部内にプルワイヤ７０が挿通される。

歯車部材８８が回転する際の回転力は、傘歯車８６と傘歯車部５６ｃを介して回転スリーブ５６に伝達され、回転スリーブ５６及びこれに固定されたグリッパ１２が先端側支点ブロック５８に対してロール軸線Ｏｒを中心に回転する。この動作が、先端動作部１４のロール動作である。

本実施形態において、先端動作部１４のロール動作は、モータ３８の駆動力が、ロール駆動伝達系を介して先端動作部１４に伝達されることにより行われる。当該ロール駆動伝達系は、図２に示す、モータ３８と、モータ３８の出力軸３８ａに固定された駆動歯車４０と、駆動歯車４０に噛み合う従動歯車４１と、従動歯車４１が固定された中空シャフト８９とを有する。当該ロール駆動伝達系は、更に、図４に示す、中空シャフト８９の先端に固定された歯車部材８８と、歯車部材８８と噛み合う傘歯車８６と、傘歯車８６と噛み合う回転スリーブ５６とを備える。

本実施形態において、歯車部材８８と中空シャフト８９とにより、ロール駆動伝達管１３１が構成される。また、当該ロール駆動伝達管１３１と、傘歯車８６と、回転スリーブ５６とにより、ハンドル１６側から先端動作部１４側に回転駆動力を伝達する回転駆動伝達部が構成される。

駆動ユニット２２がハンドル本体２０に装着され、且つコントローラ４４が電源に接続された状態で、図１等に示すロール用スイッチ２８を押圧操作すると、モータ３８が回転し、その駆動力が、駆動歯車４０、従動歯車４１、ロール駆動伝達管１３１（中空シャフト８９及び歯車部材８８）、傘歯車８６及び回転スリーブ５６を介して、先端動作部１４に伝達される。これにより、先端動作部１４のロール動作が行われる。このように、マニピュレータ１０では、ハンドル１６側から先端動作部１４側への回転力の伝達を、ロール駆動伝達管１３１等を介して行うため、先端動作部１４を無制限の回転範囲でロール動作させることができる。

開閉駆動伝達部８０（プルワイヤ７０及びプルロッド９１）は、関節部１７に対応する部分（プルワイヤ７０）が可撓性を有するため、簡単な構成で、グリッパ１２に開閉駆動力を適切に伝達できる。従って、先端動作部１４の機構を複雑化することなく、先端動作部１４の開閉動作と傾動動作を可能な構造を維持しつつ、回転範囲が無制限のロール動作を実現できる。

次に、先端動作部１４の傾動動作に関連した構成について説明する。図４に示すように、他方の関節ピン７４には、従動プーリ９０が回転自在に支持される。従動プーリ９０は、先端側支点ブロック５８の舌片部５８ｃの内面に固着される。従って、駆動プーリ１３０が回転する際、従動プーリ９０と先端側支点ブロック５８とは、一体的にシャフト側支点ブロック５９に対して回動する。従動プーリ９０には、傾動動作用のワイヤ１３２が巻き掛けられる。このワイヤ１３２は、一部が従動プーリ９０に固定され、シャフト１８内を介してハンドル１６側まで配設される。

ワイヤ１３２によって従動プーリ９０が回転駆動されると、当該従動プーリ９０に固定された先端側支点ブロック５８が従動プーリ９０と一体的に回転する。これにより、先端側支点ブロック５８、回転スリーブ５６及びグリッパ１２を含む先端動作部１４が、シャフト１８に対して傾動軸線Ｏｙを中心として回動する。この動作が、先端動作部１４の傾動動作である。先端動作部１４の傾動動作は、先端動作部１４がシャフト１８に対して真直ぐの状態を中立位置（基準位置）として、プラス側（右側）とマイナス側（左側）にそれぞれ可動範囲を有する。

図２に示すように、ハンドル本体２０内には、傾動用ホイール２６の回転に連動して回転する駆動プーリ１３０が設けられる。駆動プーリ１３０には、傾動動作用のワイヤ１３２が巻き掛けられる。シャフト１８の外周部とロール駆動伝達管１３１の外周部との間には、シャフト１８の軸線に沿って延在する環状空間が設けられており、当該ワイヤ１３２は、当該環状空間内に挿通され、シャフト１８の先端側で従動プーリ９０（図４等参照）に巻き掛けられる。

図１及び図２に示す傾動用ホイール２６を手動により回転操作すると、その操作力が駆動プーリ１３０に巻き掛けられたワイヤ１３２に伝達され、ワイヤ１３２が駆動される。ワイヤ１３２の駆動は、シャフト１８の先端で、従動プーリ９０の回転となって出力され、これにより、先端動作部１４のシャフト１８に対する傾動動作が行われる。

マニピュレータ１０は、更に、傾動用ホイール２６と先端動作部１４との間の動力伝達機構の動きを制限するブレーキ機構１３４と、このブレーキ機構１３４による制動を解除するブレーキ解除機構１３６とを備える。

図５は、ハンドル本体２０に設けられた機構ユニット１３３の斜視図である。図６は、機構ユニット１３３の分解斜視図である。図７は、機構ユニット１３３の一部断面平面図である。図８は、機構ユニット１３３の縦断面図である。機構ユニット１３３は、フレーム１３８と、フレーム１３８に回転可能に取り付けられた傾動用ホイール２６と、フレーム１３８に内蔵されたブレーキ機構１３４と、フレーム１３８に組み込まれたブレーキ解除機構１３６とを有する。

機構ユニット１３３は、一部を除いて略全体がハンドル本体２０内に配置される。フレーム１３８は、前後方向に貫通する貫通孔１３９を有する先端側構成部１４０と、先端側構成部１４０の後方に設けられ貫通孔１３９に連通する内部空間１４１を有する機構ボックス部１４２と、を備えた中空構造であり、先端側にシャフト１８が挿入され固定される。フレーム１３８は、先端側構成部１４０、機構ボックス部１４２の上部壁、後部壁及び下部壁を構成するフレーム本体１４４と、機構ボックス部１４２の右側壁を構成する右側壁プレート１４６と、機構ボックス部１４２の左側壁を構成する左側壁プレート１４８とを有する。フレーム本体１４４に、右側壁プレート１４６と左側壁プレート１４８とが適宜の固定手段（図示例ではネジ１５０）で固定される。フレーム１３８の先端に設けられた円筒状突起部１５１が、筐体２９の先端から突出する。

図８に示すように、フレーム１３８の上部には、軸受ハウジング１５２を介して軸受１５４が配置される。軸受ハウジング１５２は適宜の手段（図示例ではネジ１５６）によりフレーム１３８に固定され、当該軸受ハウジング１５２の内側に軸受１５４が装着される。軸受１５４により、傾動用ホイール２６にネジ１５６で固定されたホイール軸部１５８が支持される。上記の構成により、フレーム１３８に対して傾動用ホイール２６が回転可能に支持される。

本実施形態では、傾動用ホイール２６は、マニピュレータ１０の上下方向の軸心を中心に回転可能である。また、本実施形態では、駆動プーリ１３０は、傾動用ホイール２６と同軸に、ホイール軸部１５８を介して連結されているため、傾動用ホイール２６と駆動プーリ１３０とは一体的に回転する。

図８に示すように、ホイール軸部１５８の、傾動用ホイール２６が固定された側とは反対側の端部は、フレーム１３８に設けられた別の軸受１６０により支持される。ホイール軸部１５８の、軸受１５４により支持される箇所よりも下方には、上述したワイヤ１３２が巻き掛けられた駆動プーリ１３０が設けられる。この駆動プーリ１３０は、軸受１５４と軸受１６０との間に配置される。

図８に示すように、ワイヤ１３２は、駆動プーリ１３０の前方に配置された第１中間プーリ１６２及び第２中間プーリ１６４と、駆動プーリ１３０の後方に配置された第１テンション用プーリ１６６と第２テンション用プーリ１６８とに巻き掛けられる。

第１中間プーリ１６２及び第２中間プーリ１６４は、駆動プーリ１３０の前方で、駆動プーリ１３０の回転軸線に対して直交する方向（マニピュレータ１０の左右方向）の軸線を中心として、フレーム１３８に回転可能に支持される。第１中間プーリ１６２と第２中間プーリ１６４とは、駆動プーリ１３０の回転軸線に対して直交する方向に並設され、且つ互いに異なる高さに配置されている。

本実施形態において、第１テンション用プーリ１６６と第２テンション用プーリ１６８は、左右方向（図８の紙面に対して垂直な方向）に互いに間隔をおいて配置され、駆動プーリ１３０の回転軸線と平行方向（マニピュレータ１０の上下方向）な軸線を中心として回転可能に支持される。具体的には、第１テンション用プーリ１６６は、プーリ軸１７３によってプーリホルダ１７１の先端部に回転可能に支持される。第２テンション用プーリ１６８についても、第１テンション用プーリ１６６と同様に支持される。

第１テンション用プーリ１６６と第２テンション用プーリ１６８の各々に対応して、２つの調節ボルト１７０が設けられる。調節ボルト１７０のネジ棒１７０ａは、フレーム１３８の後部壁１３８ｂに設けられた貫通孔１７２に後方から挿通され、当該後部壁１３８ｂに頭部１７０ｂが当接する。調節ボルト１７０を回転させると、螺合作用によってプーリホルダ１７１が前後方向に移動する。

従って、一方の調節ボルト１７０を操作することにより、一方のプーリホルダ１７１に支持された第１テンション用プーリ１６６の位置を調整し、駆動プーリ１３０と従動プーリ９０との間のワイヤ１３２の一方側部分に付与する張力を調整することができる。また、他方の調節ボルト１７０を操作することにより、他方のプーリホルダ１７１に支持された第２テンション用プーリ１６８の位置を調整し、駆動プーリ１３０と従動プーリ９０との間のワイヤ１３２の他方側部分に付与する張力を調整することができる。

次に、ブレーキ機構１３４の構成を説明する。ブレーキ機構１３４は、傾動用ホイール２６の回転に連動して回転するブレーキロータ１７４と、ブレーキロータ１７４の外周部に接触可能なブレーキシュー１７６と、ブレーキシュー１７６が取り付けられたスライド部材１７８と、スライド部材１７８を弾性的に付勢する弾性部材１８０とを有する。

本実施形態において、ブレーキロータ１７４は、傾動用ホイール２６と先端動作部１４との間の動力伝達経路上に設けられ、より具体的には、図８に示すように、ホイール軸部１５８において駆動プーリ１３０に隣接して設けられる。ブレーキロータ１７４は、円盤状であり、その外周部には、周方向に沿って第１ギヤ１７５Ａが設けられる。

ブレーキシュー１７６は、ブレーキロータ１７４に対して進退動可能である。ブレーキシュー１７６の、ブレーキロータ１７４の外周部に対向する部分には、第１ギヤ１７５Ａと噛合い可能な第２ギヤ１７５Ｂが設けられる。図９に示すように、第２ギヤ１７５Ｂは、ブレーキロータ１７４の外周部に適合する円弧状に延在する。ブレーキシュー１７６は、図示例ではＬ字状に形成された部品であり、固定手段（図示例ではボルト１８２）によって、スライド部材１７８に取り付けられる。

図１０に示すように、ボルト１８２は、頭部１８２ａと、雄ネジが形成されたネジ棒部１８２ｂと、頭部１８２ａとネジ棒部１８２ｂとの間に形成された中間部１８２ｃとを有し、スライド部材１７８に設けられたネジ孔１７９にネジ棒部１８２ｂが螺合する。中間部１８２ｃの外径は、頭部１８２ａの外径よりも小さく且つネジ棒部１８２ｂの外径よりも大きい。中間部１８２ｃがブレーキシュー１７６の取付プレート１７７に設けられた孔部１７７ａ内に配置され、取付プレート１７７がボルト１８２の頭部１８２ａとスライド部材１７８との間に配置される。

中間部１８２ｃの外径は、取付プレート１７７に設けられた孔部１７７ａの内径よりも僅かに小さく、且つ中間部１８２ｃの軸線方向の厚さは、取付プレート１７７の厚さよりも僅かに厚い。このため、中間部１８２ｃの外周面と孔部１７７ａを構成する内壁面との間、及び、取付プレート１７７の上面と頭部１８２ａの下面との間には、それぞれ僅かな隙間が設けられる。このように、ブレーキシュー１７６はスライド部材１７８に対して若干の遊びを持って取り付けられている。換言すれば、ブレーキシュー１７６は、スライド部材１７８に対して、ボルト１８２の軸線を中心に僅かに揺動可能な状態でスライド部材１７８に取り付けられている。

図８に示すように、スライド部材１７８は、弾性部材１８０によってブレーキロータ１７４側に弾性的に常時押圧されるとともにブレーキロータ１７４に対して進退可能である。

図９に示すように、スライド部材１７８は、前側を構成する前部１８４と、後ろ側を構成する後部１８６と、前部１８４と後部１８６の下部同士を繋ぐ中間構成部１８８とを有し、前部１８４の後面と後部１８６の前面と中間構成部１８８の上面とにより、スライド部材１７８の幅方向に延在する溝１９０が形成される。後部の幅方向中央には、後方に開口する挿入穴１９２が形成される。この挿入穴１９２に、弾性部材１８０の一端側が挿入される。

また、スライド部材１７８の左右両側面には、前後に間隔をおいた位置に、それぞれピン１９４が突出形成される。これらのピン１９４は、フレーム１３８の右側壁プレート１４６及び左側壁プレート１４８に形成された前後方向に延在する長孔１９６に、前後方向に摺動可能に挿入される。この構成より、スライド部材１７８は、フレーム１３８内で、ブレーキシュー１７６と一体的に、ブレーキロータ１７４に対して進退移動可能となっている。

弾性部材１８０は、本実施形態では、コイルバネにより構成される。コイルバネに代えて、他の形態のバネ（板バネ、トーションスプリング等）や、ゴム体を用いてもよい。フレーム１３８のうち、スライド部材１７８を基準としてブレーキロータ１７４とは反対側を構成する後部壁１３８ｂには、弾性部材１８０が挿通可能な大きさの挿通孔１９８が設けられる。挿通孔１９８には、弾性部材１８０を押える押え部材２００が装着されている。

機構ユニット１３３の組立工程においては、図１１に示すように、スライド部材１７８が内側に配置されたフレーム１３８の後方から挿通孔１９８を介して弾性部材１８０をフレーム１３８内に挿入し、その後、押え部材２００を挿通孔１９８に装着することにより、押え部材２００とスライド部材１７８との間に弾性部材１８０を圧縮状態で配置することができる。

押え部材２００は、弾性部材１８０の圧縮量を変更可能に挿通孔１９８に装着される。本実施形態において具体的には、挿通孔１９８を形成する内周部には雌ネジ部１９８ａが形成され、押え部材２００の外周部には雄ネジ部２００ａが形成される。これにより、押え部材２００は挿通孔１９８に螺合可能となっている。押え部材２００の捻じ込み具合に応じて、弾性部材１８０の圧縮量が変わり、これによりブレーキロータ１７４に対するブレーキシュー１７６の押し付け力を調整することができる。

次に、上記のように構成されたブレーキ機構１３４の作用を説明する。ブレーキ機構１３４では、弾性部材１８０の弾発力に基づいてブレーキシュー１７６がブレーキロータ１７４に押し付けられることにより制動力が発生する。すなわち、ブレーキシュー１７６がブレーキロータ１７４に押し付けられた状態では、ブレーキロータ１７４の回転が阻止され、傾動用ホイール２６と先端動作部１４との間における傾動動作に関する動力伝達機構の動きが阻止される。従って、マニピュレータ１０の使用中、生体内に挿入されたグリッパ１２で生体組織（臓器等）を押した場合でも、生体組織からの反力によってグリッパ１２のシャフト１８に対する角度が変わることが防止される。

本実施形態の場合、弾性部材１８０の弾発力によりブレーキシュー１７６がブレーキロータ１７４に押し付けられた際、ブレーキロータ１７４に設けられた第１ギヤ１７５Ａと、ブレーキシュー１７６に設けられた第２ギヤ１７５Ｂとが噛み合う。このため、ブレーキシュー１７６の外周部とブレーキシュー１７６とが共に平滑面である場合と比較して、ギヤ同士の噛み合いによる強い制動力が得られる。従って、弾性部材１８０の弾発力が小さくても、十分な制動力を得ることができることから、弾性部材１８０の弾発力に抗してブレーキを解除する際の操作力を効果的に低減することができる。従って、操作性に優れたマニピュレータ１０を提供できる。

また、本実施形態の場合、弾性部材１８０によってブレーキロータ１７４側に弾性的に押圧されるとともにブレーキロータ１７４に対して進退可能なスライド部材１７８を備え、ブレーキシュー１７６は、スライド部材１７８に固定された部品である。このように、ブレーキシュー１７６が、弾性部材１８０に押圧される部品に一体成型されたものではなく、別部品として構成されたスライド部材１７８に取り付けられた部品であるため、ブレーキシュー１７６の設計変更があった場合に、スライド部材１７８はそのままに、ブレーキシュー１７６のみを変更すればよいため、設計変更に柔軟に対応できる。

更に、本実施形態の場合、第２ギヤ１７５Ｂは、ブレーキロータ１７４の外周部に適合する円弧状に延在し、ブレーキシュー１７６は、スライド部材１７８に対して僅かに揺動可能な状態でスライド部材１７８に取り付けられている。この構成により、ブレーキシュー１７６がブレーキロータ１７４に当接した際に、第１ギヤ１７５Ａと第２ギヤ１７５Ｂとが周方向の所定範囲に亘って噛み合うようにブレーキシュー１７６が自動的に角度を変える。従って、ブレーキシュー１７６がブレーキロータ１７４に対して自動的に調心され、制動力を好適に発揮することができる。

本実施形態の場合、フレーム１３８の後部壁１３８ｂには、弾性部材１８０が挿通可能な大きさの挿通孔１９８が設けられ、当該挿通孔１９８に押え部材２００が装着されているため、弾性部材１８０の組み込み及び取り外しを容易且つ迅速に行うことができる。また、挿通孔１９８に対する押え部材２００の捻じ込みの深さを変えることで、弾性部材１８０の圧縮量を変え、ブレーキシュー１７６のブレーキロータ１７４に対する押し付け力を簡単に調整することができる。また、螺合構造であるため、押え部材２００の位置の微調整が容易である。

一方、弾性部材１８０の弾発力に抗してブレーキシュー１７６をブレーキロータ１７４から離間させると、制動が解除される。すなわち、ブレーキシュー１７６がブレーキロータ１７４から離間した状態では、ブレーキロータ１７４の回転が阻止されないため、傾動用ホイール２６とグリッパ１２との間における傾動動作に関する動力伝達機構の動きが阻止されることがない。従って、傾動用ホイール２６を回転操作することにより、その動力がグリッパ１２に伝わり、グリッパ１２の傾動動作が行われる。

次に、ブレーキ解除機構１３６の構成を説明する。図７及び図８に示すように、ブレーキ解除機構１３６は、傾動用ホイール２６に設けられた解除ボタン２０２（解除操作部）と、傾動用ホイール２６の内側に配置され解除ボタン２０２の内方への移動に伴って押圧されるレバー機構２０４とを有する。解除ボタン２０２に対する内方への押圧操作に伴ってレバー機構２０４が動作することにより、ブレーキ機構１３４による制動が解除される。

解除ボタン２０２は、傾動用ホイール２６の外周部に、当該外周部から径方向外方に突出する状態で、周方向に間隔をおいて複数設けられる。本実施形態では、傾動用ホイール２６の外周部に、９つの解除ボタン２０２が等間隔に配置されている。

傾動用ホイール２６は、ホイール軸部１５８が中心に固定された円盤部２０６と、円盤部２０６の外端縁に設けられ円盤部２０６よりも下方に突出した周縁部２０８とを有する。図８に示すように、周縁部２０８の内側には、環状凹部２１０が形成される。また、図６に示すように、周縁部２０８には、周方向に間隔をおいて複数の（図示例では９個）のボタン孔２１２が、傾動用ホイール２６の径方向に貫通して設けられ、これらのボタン孔２１２の各々に、解除ボタン２０２が径方向に移動可能に配置される。組立工程において、解除ボタン２０２は、周縁部２０８の内側から挿入される。周縁部２０８には、周方向に沿って凸部２１４と凹部２１６が交互に複数ずつ形成され、複数の解除ボタン２０２は、複数の凹部２１６にそれぞれ設けられる。図示例の凹部２１６は円弧状である。

解除ボタン２０２の一端側には、互いに略反対方向に突出した係止片２０３が設けられる。係止片２０３は、解除ボタン２０２が傾動用ホイール２６から外方に抜け出ることを防止する抜け止め部として機能する。周縁部２０８の内側には、解除ボタン２０２を外方に押すバックアップ部材２１８が設けられる。本実施形態において、バックアップ部材２１８は、自然状態で周縁部２０８の内径よりも大きい外径を有するようにリング状に湾曲した板バネであり、周縁部２０８の環状凹部２１０内に配置された状態では、両端部が重なって単一の輪を形成する。

解除ボタン２０２は、それらの内側に配置されたバックアップ部材２１８により傾動用ホイール２６の径方向外方に押される。これにより、解除ボタン２０２が傾動用ホイール２６の周縁部２０８に形成されたボタン孔２１２から内方に脱落することが防止される。

図６、図７及び図１２に示すように、本実施形態において、レバー機構２０４は、一対設けられる。以下、レバー機構２０４を互いに区別して説明する場合には、一方のレバー機構２０４を「第１レバー機構２０４Ａ」と呼び、他方のレバー機構２０４を「第２レバー機構２０４Ｂ」と呼ぶ。

図１２に示すように、各レバー機構２０４は、解除ボタン２０２の内方への移動に伴って傾動用ホイール２６の内側で押圧されて回動するレバー２２０と、レバー２２０に設けられた軸部２２２ａ、２２２ｂと、軸部２２２ａ、２２２ｂを支点として動作するカム２２４ａ、２２４ｂとを有する。レバー２２０は傾動用ホイール２６の周縁部２０８に沿って湾曲した形状を有し、その外周側には円弧状の被押圧部２２１が設けられる。被押圧部２２１の曲率半径は、周縁部２０８の内側に配置された状態のバックアップ部材２１８の内径と略同じか、僅かに小さい。レバー２２０は、被押圧部２２１が形成された角度範囲で、その外側に位置する解除ボタン２０２からの押圧を受けることができる。２つのレバー２２０は、同一形状で、左右対称に配置されている。

図１２に示すように、レバー２２０において、被押圧部２２１が形成された側とは反対側には基部２２０ａが形成され、当該基部２２０ａから軸部２２２ａ、２２２ｂが下方に突出するように結合されている。２つの軸部２２２ａ、２２２ｂは、フレーム１３８の上部壁に形成された２つの軸孔２２５にそれぞれ回転可能に支持されている。２つのレバー２２０に結合された軸部２２２ａ、２２２ｂは、互いに長さが異なっている。本実施形態では、第１レバー機構２０４Ａの軸部２２２ａが、第２レバー機構２０４Ｂの軸部２２２ｂよりも長い。

各軸部２２２ａ、２２２ｂの下端には、それぞれカム２２４ａ、２２４ｂが設けられる。図８に示すように、カム２２４ａ、２２４ｂは、フレーム１３８内に配置される。以下、２つのカム２２４ａ、２２４ｂを互いに区別して説明する場合には、第１レバー機構２０４Ａに設けられたカム２２４ａを「第１カム２２４ａ」と呼び、第２レバー機構２０４Ｂに設けられたカム２２４ｂを「第２カム２２４ｂ」とよぶ。

図１２に示すように、第１カム２２４ａは第２カム２２４ｂよりも下方に配置され、２つのカム２２４ａ、２２４ｂは、互いに干渉しないように、平面視で互いに重なる位置に設けられる。また、第２カム２２４ｂは、その可動範囲内での動作時に第１レバー機構２０４Ａの軸部２２２ａと干渉しないように一部が凹んだ形状を有する。この構成により、第１レバー機構２０４Ａと第２レバー機構２０４Ｂの軸部２２２ａ、２２２ｂ同士を近接して配置しても、カム２２４ａ、２２４ｂ同士が干渉することがない。従って、一対のレバー機構２０４を狭いスペースにコンパクトに配置することができる。

図７に示すように、２つのカム２２４ａ、２２４ｂは、スライド部材１７８の後部１８６の前面の幅方向中央に当接した状態で、スライド部材１７８に設けられた溝１９０内に配置される。解除ボタン２０２が押圧操作されていない状態では、弾性部材１８０によって弾性的にブレーキロータ１７４側に向かって付勢されたスライド部材１７８が、２つのカム２２４ａ、２２４ｂを押圧する。カム２２４ａ、２２４ｂが受けた押圧力は、２つのレバー機構２０４を開く方向に作用する。

第１レバー機構２０４Ａは、複数の解除ボタン２０２のうち一部の解除ボタン２０２（図７に示す状態では、解除ボタン２０２ａ、２０２ｂ）に対する操作に基づいて作動し、第２レバー機構２０４Ｂは、複数の解除ボタン２０２のうち他の一部の解除ボタン２０２（図７に示す状態では、解除ボタン２０２ｃ、２０２ｄ）に対する操作に基づいて作動する。従って、一対のレバー機構２０４のいずれか一方が作動することによりブレーキ機構１３４による制動が解除されるようになっている。

次に、上記のように構成されたブレーキ解除機構１３６の作用を説明する。ブレーキ機構１３４による制動を解除するには、傾動用ホイール２６に設けられた解除ボタン２０２を内方に押圧操作する。この場合、傾動用ホイール２６のうち、ハンドル本体２０の筐体２９に設けられた開口２７から露出した部分に触れることになるが、傾動用ホイール２６の外周部の周方向に複数の解除ボタン２０２が設けられていることにより、操作者は確実に解除ボタン２０２を押圧することができる。そして、解除ボタン２０２を押圧すると、傾動用ホイール２６の内側に配置されたバックアップ部材２１８を介して、２つのレバー機構２０４（具体的にはレバー２２０）の少なくとも一方が押圧される。

この場合、例えば、ハンドル１６の右側から露出した解除ボタン２０２を押圧操作した場合には、第１レバー機構２０４Ａのレバー２２０が押圧されて、レバー２２０が軸部２２２ａを中心として内方に回動する。ハンドル１６の左側から露出した解除ボタン２０２を押圧操作した場合には、第２レバー機構２０４Ｂのレバー２２０が押圧されて、レバー２２０が軸部２２２ｂを中心として内方に回動する。また、ハンドル１６の右側から露出した解除ボタン２０２と、ハンドル１６の左側から露出した解除ボタン２０２の両方を内方に押圧操作した場合には、第１レバー機構２０４Ａのレバー２２０と第２レバー機構２０４Ｂのレバー２２０が両方とも押されて内方に回動する。

第１レバー機構２０４Ａと第２レバー機構２０４Ｂの一方又は両方の回動に伴って、カム２２４ａ、２２４ｂは、弾性部材１８０の弾性力に抗して、ブレーキロータ１７４とは反対方向（図示例でマニピュレータ１０の後方）にスライド部材１７８を押圧し変位させる。スライド部材１７８の変位に伴って、スライド部材１７８に取り付けられたブレーキシュー１７６もスライド部材１７８と一体となって変位する。この場合、２つのカム２２４ａ、２２４ｂは、いずれもスライド部材１７８の幅方向中央に接触する。これにより、２つのレバー機構２０４のうち一方のみが回動した場合でも、カム２２４ａ、２２４ｂのいずれか一方がスライド部材１７８の幅方向中央を押すため、スライド部材１７８をスムーズに変位せることができる。

スライド部材１７８の変位に伴って、ブレーキシュー１７６がブレーキロータ１７４から離間し、ブレーキロータ１７４が回転可能な状態となる。すなわち、ブレーキ機構１３４による制動が解除された状態となる。従って、解除ボタン２０２を押圧した状態で、傾動用ホイール２６に回転方向の操作力を加えることで、傾動用ホイール２６を回転させ、グリッパ１２を傾動動作させることができる。この場合、解除ボタン２０２は、傾動用ホイール２６と一体的に回転するため、解除ボタン２０２を内方に押した状態を維持しながら、傾動用ホイール２６の回転操作を簡単に行うことができる。

このように、ブレーキ解除機構１３６によれば、グリッパ１２を傾動動作させるための傾動用ホイール２６に、ブレーキを解除するための解除ボタン２０２が設けられるため、マニピュレータ１０の操作者は、傾動用ホイール２６を操作する手で解除ボタン２０２に簡単に触れることができる。これにより、ブレーキ機構１３４による制動を片手で簡単且つ迅速に解除することができる。すなわち、ブレーキの解除操作と傾動用ホイール２６の回転操作を片手で簡単且つ確実に行うことができる。

また、解除ボタン２０２に対する操作に伴って押圧されるレバー２２０が、傾動用ホイール２６の内側に配置されるので、ブレーキ解除機構１３６をコンパクトに構成でき、ブレーキ機構１３４が組み込まれるマニピュレータ１０の小型軽量化に寄与できる。

本実施形態の場合、レバー機構２０４は、解除ボタン２０２の内方への移動に伴って傾動用ホイール２６の内側で押圧されて回動するレバー２２０と、レバー２２０に設けられた軸部２２２ａ、２２２ｂと、軸部２２２ａ、２２２ｂを支点として動作するカム２２４ａ、２２４ｂとを有し、解除ボタン２０２に対する操作に伴って、カム２２４ａ、２２４ｂがブレーキシュー１７６をブレーキロータ１７４から離間させるように動作することにより、制動が解除される。このように構成されるため、レバー機構２０４のレバー比を適切に設定することにより、低い操作力でブレーキを解除できる。

本実施形態の場合、２つのレバー機構２０４が設けられ、どちらか一方のレバー機構２０４が作動することで、制動が解除されるので、ブレーキ解除操作をより簡単且つ確実に行うことができる。

また、本実施形態の場合、解除ボタン２０２は、傾動用ホイール２６の外周部に、内外方向に変位可能に設けられる。この構成によれば、解除ボタン２０２を内方に押圧することでブレーキを解除し、且つその状態で傾動用ホイール２６の回転操作を行うことができるため、ブレーキ解除操作とその後の回転操作を淀みなくスムーズに行うことができる。

更に、本実施形態の場合、解除ボタン２０２を外方に押すバックアップ部材２１８が傾動用ホイール２６の内側に設けられるため、レバー２２０に対応しない位置にある解除ボタン２０２が傾動用ホイール２６から脱落することがない。

本実施形態の場合、傾動用ホイール２６の外周部に、周方向の異なる位置に解除ボタン２０２が複数設けられる。この構成によれば、解除ボタン２０２が１つだけではなく複数設けられるため、使用者が把持し易い解除ボタン２０２を選択して押圧するだけで簡単にブレーキ解除操作を行うことができる。

本実施形態の場合、傾動用ホイール２６の外周部には、周方向に沿って凸部２１４と凹部２１６が交互に複数ずつ形成され、複数の解除ボタン２０２は複数の凹部２１６にそれぞれ設けられる。この構成によれば、不意に傾動用ホイール２６に触れただけでは解除ボタン２０２が押圧されにくい配置となっているため、意図しないブレーキ解除の発生を効果的に抑制できる。

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

１０…医療用マニピュレータ １２…グリッパ
１４…先端動作部 ２６…傾動用ホイール
１３４…ブレーキ機構 １３６…ブレーキ解除機構
１３８…フレーム １７４…ブレーキロータ
１７５Ａ…第１ギヤ １７５Ｂ…第２ギヤ
１７６…ブレーキシュー １７８…スライド部材
１８０…弾性部材 ２００…押え部材
２０２…解除ボタン ２０４…レバー機構
２０４Ａ…第１レバー機構 ２０４Ｂ…第２レバー機構
２１８…バックアップ部材 ２２０…レバー
２２２ａ、２２２ｂ…軸部 ２２４ａ…カム（第１カム）
２２４ｂ…カム（第２カム）

Claims (6)

1. 操作部に対する入力操作が機械的に伝達されて動作部が連動する機構の動きを制限するブレーキ機構であって、
   前記操作部の回転に連動して回転するブレーキロータと、
   前記ブレーキロータに対して進退動可能であり、前記ブレーキロータの外周部に接触可能なブレーキシューと、を備え、
   弾性部材の弾発力に基づいて前記ブレーキシューを前記ブレーキロータに押し付けることにより制動力が発生し、
   前記弾発力に抗して前記ブレーキシューを前記ブレーキロータから離間させることにより制動が解除され、
   前記ブレーキロータの前記外周部には、周方向に沿って第１ギヤが設けられ、
   前記ブレーキシューの、前記ブレーキロータの前記外周部に対向する部分には、前記第１ギヤと噛合い可能な第２ギヤが設けられる、
   ことを特徴とするブレーキ機構。
2. 請求項１記載のブレーキ機構において、
   前記弾性部材によって前記ブレーキロータ側に弾性的に押圧されるとともに前記ブレーキロータに対して進退動可能なスライド部材を備え、
   前記ブレーキシューは、前記スライド部材に取り付けられた部品である、
   ことを特徴とするブレーキ機構。
3. 請求項２記載のブレーキ機構において、
   前記第２ギヤは、前記ブレーキロータの前記外周部に適合する円弧状に延在し、
   前記ブレーキシューは、前記スライド部材に対して僅かに揺動可能な状態で前記スライド部材に取り付けられている、
   ことを特徴とするブレーキ機構。
4. 請求項２又は３に記載のブレーキ機構において、
   前記ブレーキロータ、前記ブレーキシュー及び前記スライド部材は、フレーム内に配置され、
   前記フレームのうち、前記スライド部材を基準として前記ブレーキロータとは反対側を構成する壁部には、前記弾性部材が挿通可能な大きさの挿通孔が設けられ、
   前記挿通孔には、前記弾性部材を押える押え部材が装着されている、
   ことを特徴とするブレーキ機構。
5. 請求項４記載のブレーキ機構において、
   前記押え部材は、前記弾性部材の圧縮量を変更可能に前記挿通孔に装着される、
   ことを特徴とするブレーキ機構。
6. ハンドルから延出したシャフトの先端に、前記シャフトに対して傾動可能な先端動作部を備え、前記ハンドルに設けられた傾動操作部に対する入力操作が機械的に伝達されて前記先端動作部が傾動動作するように構成された医療用マニピュレータであって、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のブレーキ機構を備え、
   前記ブレーキロータは、前記傾動操作部の回転に連動して回転するものであり、
   前記弾性部材の弾発力に基づいて前記ブレーキシューを前記ブレーキロータに押し付けることにより、前記ブレーキロータの回転が阻止され、前記シャフトに対する前記先端動作部の角度が固定される、
   ことを特徴とする医療用マニピュレータ。

Images