JP2014511734A

JP2014511734A - 制御装置

Info

Publication number: JP2014511734A
Application number: JP2014504232A
Authority: JP
Inventors: ヴァイスハウプトディーター; ブライトリングスザンネ; ルッツェテオドル
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: JP5897109B2; AU2012242103A1; EP3138466A1; US9468359B2; WO2012139869A2; EP2696741B1; DE102011001973A1; CN103476322B; CN103476322A; EP2696741A2; WO2012139869A3; US20140052061A1

Abstract

本発明は、特に内視鏡等において使用するための制御装置を提案する。この制御装置は、使用者が長期の期間に亘って疲労せず作業できるようにする。前記制御装置は、関節帯を各々含む近位端区域及び遠位端区域と、これらの区域間に配置された中央区域と、中空円筒形の外側シャフトと、好ましくは中空円筒形の内側シャフトと、遠位端区域の運動と近位関節区域の運動とを機械的に連結するための、前記シャフト間に配置されると共に前記制御装置の前記近位端区域から前記遠位端区域までほぼ延びる２つ以上の力伝達長手方向要素を有する制御要素とを含み、前記長手方向要素が、前記制御装置の周方向で略均一な角距離ｂ_１、ｂ_２、…、ｂ_ｎにて互いに対して離間されて配置されると共に、いずれの場合もその近位端区域及び前記遠位端区域の領域において周方向で互いに対して固定され、前記長手方向要素の互いに対する前記角距離ｂ_１、ｂ_２、…、ｂ_ｎが、周方向で測定すると、前記力伝達長手方向要素が、周方向で接触せずに案内され且つ任意で前記外側シャフト及び／又は前記内側シャフトに半径方向で接触して案内されるように選択される。

Description

本発明は、精密機器用途用又は外科的用途用の、例えば内視鏡等において使用するための制御装置に関する。

より具体的には、本発明は、高精密機器用途用又は低侵襲領域における外科的用途用の器具のための制御装置に関する。

このような制御装置は、先行技術から知られており、使用者／外科医の方を向く端部区域を意味する近位端区域と、使用者／外科医に対して遠位の又は使用者／外科医から離れる方を向く端部区域と、前記区域間に配置されて、しばしば曲げ剛性があるように構成される中央区域とを有する。端部区域の各々は関節帯を含む。制御装置は更に、中空円筒形の外側シャフトと、中空円筒形の内側シャフトと、前記シャフト間に配置されて、制御装置の近位端区域から遠位端区域までほぼ延びる２つ以上の力伝達長手方向要素を有する制御要素とを含む。前記力伝達長手方向要素は、制御装置の周方向でほぼ規則的に配置され、いずれの場合もその近位端区域及び遠位端区域の領域において周方向で相互接続される。近位端区域の枢動運動を遠位端区域の相関する枢動運動に変換することのできる長手方向要素を介して張力を、好ましくは圧縮力をも伝達することができる。

一般に、冒頭に記載した制御装置の近位端には、モータ駆動式操作要素に当然置き換えることのできる手動で操作されるハンドル部が装着されているのに対し、ヘッドとも称される遠位端は、この遠位端に接続される道具、カメラ、照明要素等を有することができる。

制御装置を組み込むこのような器具により、機械的分野では、例えば入り組んで接近しにくい、例えばエンジン、機械、ラジエータ等の内部を検査及び修理することが可能であり、或いは外科的分野では、低侵襲技術を利用して上述の操作を実施することが可能である。

冒頭で言及した種類の制御装置が、例えばWO 2005/067785 A1から知られている。この制御装置は、周方向で互いに直接接触した状態に配置され、従って互いを側方に案内する、針金又はケーブルの形態の多数の力伝達長手方向要素を使用する。外側及び内側中空円筒形シャフトは、力伝達長手方向要素を半径方向に誘導するために利用可能であり、その結果、力伝達長手方向要素の誘導が各方向で確実になる。

WO 2009/098244 A2に開示された制御装置は、同様の仕方で働くが、ケーブル又は針金の代わりに、制御要素として溝付き管を使用する。この制御要素は、管内の溝により規定され且つ管の溝無し端部分により共に保持される多数の長手方向要素を含む。

WO 2009/098244 A2に記載された制御要素の機能にとって、制御装置の関節帯においては、長手方向要素が針金形であり、従って可撓性であることが重要であり、関節帯間に介挿された中央区域においては曲げ耐性があることが重要である。

管から作製される制御要素は、制御装置を組み立てる際に特定の利点を有するが、他方で、溝付き管は特に長手方向要素の中央区域が曲げ剛性でなければならないため、製造が複雑である。

溝付き管に関して、WO 2009/112060に記載された概念は、この溝付き管にとって、長手方向要素の中央区域に曲げ剛性がある必要がないという点で、より有利である。しかし、ここでも、長手方向要素を介した力伝達機能には、これらの長手方向要素が相互に側方に案内される必要があり、このことが付加的な摩擦力の発生に関連付けられる。

これまで知られている制御装置は、その構造原理の理由で、作動すると、使用者、例えば外科医を疲労させるように作用する摩擦力が長手方向要素間に少なくとも長期の使用期間にわたって働くという欠点を有する。このことは、患者をリスクに晒すため特に不都合である。

WO 2005/067785 A1 WO 2009/098244 A2 WO 2009/112060 A1 US 5,741,429 DE 20 2009 012698 U1 (US 20120116163) DE 20 2009 012795 U1 (US 20120130173) US 2011/004157 A1

使用者が長期の期間にわたって疲労せず作業できるようにする制御装置を提案することが本発明の目的である。

これに関連して、本発明は、本発明により構築される前記制御装置が、関節帯を各々含む近位端区域及び遠位端区域と、これらの区域間に配置された中央区域と、中空円筒形の外側シャフトと、好ましくは中空円筒形の内側シャフトと、遠位端区域の運動と近位関節区域の運動とを機械的に連結するための、前記シャフト間に配置されると共に前記制御装置の前記近位端区域から前記遠位端区域までほぼ延びる２つ以上の力伝達長手方向要素を有する制御要素とを含み、前記長手方向要素が、前記制御装置の周方向で略均一な角距離ｂ_１、ｂ_２、…、ｂ_ｎにて互いに対して離間されて配置されると共に、いずれの場合もその近位端区域及び遠位端区域の領域において周方向で互いに対して固定され、前記長手方向要素の互いに対する前記角距離ｂ_１、ｂ_２、…、ｂ_ｎが、周方向で測定すると、前記力伝達長手方向要素が、周方向で接触せずに案内され且つ任意で前記外側シャフト及び／又は前記内側シャフトに半径方向で接触して案内されるように選択されることを提案する。

従って、本発明により構築される前記制御装置は、前記長手方向要素に作用する摩擦力が、従来の制御装置と比較して相当低減されることから、この制御装置により使用者は疲労なく作業できるようになる。更に、材料摩耗のリスクが低減する。

本発明によれば、前記長手方向要素が前記外側シャフト及び／又は前記内側シャフトと接触するような案内を限定することが可能であり、従って、前記摩擦力は更に低減する。

前記長手方向要素は、前記関節帯と前記中央区域の両方において略同一の可撓性を有することができ、特に、ほぼその全長に亘って同じ可撓性とすることができる。このことにより、製造にとって費用効果的な長手方向要素を使用することができる。

一方、より大きい力を作動中に伝達する必要のある制御装置については、前記長手方向要素が、前記外側シャフト及び前記内側シャフトと半径方向で接触状態にあり、これらのシャフトにより案内されることが好適である。

このことにより、前記長手方向要素に作用する力により前記長手方向要素が僅かな弾性変形を受けるであろう場合であっても、正確な一連の動きが確実になることが確かになる。

使用される力伝達長手方向要素が２つであると、前記枢動運動は一平面に制限される。複数の、特に４つの力伝達長手方向要素が使用される場合、前記制御装置は互いに垂直な２つの平面内で枢動することが可能であり、特に６つ以上の制御要素、例えば８つの制御要素が使用される場合には、前記制御装置は事実上任意に選択することのできる平面内で枢動することが可能である。

前記長手方向要素の断面は、好ましくはほぼ円弧切片の形状に構成され、或いは、より好ましくはほぼ矩形の形状に構成される。

前記円弧切片の形状により前記長手方向要素の交差方向剛性が増大するするが、前記長手方向要素の略矩形の断面によると、良好な交差方向剛性が示されるだけでなく、前記長手方向要素の１つ以上の案内式外側シャフト及び／又は内側シャフトに対する接触領域が最小になるという利点を有する。

本発明により使用されるべき前記長手方向要素又はこの長手方向要素から形成される前記制御要素を生成することのできる、考えられる幾つかの好適な方法がある。

最初に、その長手方向要素を備えた前記制御要素は、長手方向溝付き管により形成することができ、好ましくは、前記管の端部分が、溝無しのまま残り、従って、前記長手方向要素を互いに対して周方向に固定する。好ましくは、前記溝は、前記管の壁内にその半径方向で、例えばレーザ切断により形成される。管材料の弾性、及び使用される切断技術に依存して、結果として生じる切り口は、力の作用下であっても長手方向要素間の非接触式関係を維持するために、例えば前記長手方向要素間に十分な角距離を既に得るような寸法にすることができる。ここで、前記長手方向要素は断面が円弧の形態をとる。

製造に関して、本発明により使用されるべき前記制御要素は、後になってはじめて管に変形される長手方向溝付きシート材料を使用すれば、生成がより単純になる。このことは、製造に関する上述の利点とは別に、原材料の選択肢が相当大きくなり、これらの原材料をより安価に入手することができるという更なる利点を有する。更に、前記シート材料は、最初に言及した前記管よりも小さい許容差で製造することができる。

終わりに、前記シート材料から作製される前記長手方向要素は、既に言及したように、前記円弧形の断面の代わりに略矩形の断面を有し、前記案内式シャフトとの前記接触領域が、故に前記制御装置の作動中の前記摩擦力が、更に相当に低減する。

前記シート材料の、軸方向での前記端部分は、前記長手方向要素が互いに対して周方向で既に固定されるように、溝無しのまま残しておくことができる。この場合も同様に、前記溝を作成する際に生成される前記長手方向要素間の切り口は、使用される前記材料及び生産技術に依存して、出来上がった前記制御要素内に十分な角距離を提供することができる。

別法として、前記長手方向要素は、好ましくは、初めにシート材料製の個々の棒形要素として作製され、これらの棒形要素が、例えば環状カラーを使用して、周方向でその近位端及び遠位端にて互いに対して固定される。このことにより、上述したようなシート材料から作製された前記制御要素によるものと同じ利益がもたらされる。図の記載と合わせて、より詳細に検討するように、付加的な利点として、前記長手方向要素を周方向で互いに対して固定するために、前記制御装置の特定の用途に合う様々な技術を使用できるということがある。環状カラーが使用される場合、この環状カラーは、例えば浸食過程により又は粉末射出成形（ＰＩＭ）により、前記長手方向要素の端部と形状ロック式に係合するように、込み入った設計に製造することもできる。酸化物セラミックス製の環状カラーも好適である。

前記制御要素は、必ずしも前記内側シャフト及び前記外側シャフトと接触させておく必要はない。むしろ、前記内側シャフトの外側表面及び前記外側シャフトの内側表面に対して、前記制御要素の少なくとも内側又は外側にそれぞれ、前記制御要素の静止位置で好ましくは約０．０１〜０．５ｍｍになる間隙を設けることが好適である。

互いに対するそれらの滑り性能を更に最適化するために、前記外側シャフトの内側表面、前記長手方向要素、及び／又は前記内側シャフトの外側表面は、滑り摩擦を低減させる材料、例えばＰＴＦＥを用いてコーティングすることができる。

好適な制御装置において、前記外側シャフトの外径は約１ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲内にあり、前記内側シャフトの内径は約０．０５ｍｍ〜約５ｍｍ、特に約０．２ｍｍ〜約５ｍｍの前記範囲内にある。

これらの寸法は、多くの事例において、内視鏡検査において使用されるべき制御装置にとって代表的であり、前記制御装置の遠位端に配置することのできる、及び、前記内側シャフトの内腔を介して制御及び作動させることのできる器具及び道具の使用を可能にする。

その他の用途の場合には、上述の範囲の値と相当に相違する寸法の制御装置を有することが当然考えられることが理解されるであろう。

多くの場合、前記制御要素の前記長手方向要素は真っ直ぐな構成とすることができる。その際、前記近位端区域の運動は、前記遠位端区域の、前記近位端の平面と同じ平面内で同じ枢動方向に実施される対応する枢動運動に変換される。

この一連の動きにより、多くの用途にとって、前記制御装置上に配置される器具及び道具は特定の使用部位へ適正に接近できるが、前記近位端区域及び前記遠位端区域の、異なる種類の運動の変換を有することが望ましい用途がある。

これを目的として、本発明は、前記長手方向要素の遠位端が、いずれの場合もこれらの長手方向要素に関連する近位端が固定される角位置とは異なる角位置に周方向で固定され、前記角位置が、好ましくは、周方向で約１０°〜３５０°だけ、特に約４５°〜３１５°だけ、より好ましくは約１５０°〜約２１０°の範囲内で相違することを提案する。その際、前記遠位端区域及び前記近位端区域の枢動運動は、もはや同じ平面内及び／又は同じ枢動方向には生じない。

特に重要であるのは、前記近位端区域及び前記遠位端区域が一平面内でミラー反転できるように前記角位置が約１８０°の差異を有する、本発明により構築される制御装置である。

前記近位端及び前記遠位端での異なる角位置を成就するための、前記長手方向要素の周方向への配置は、様々な仕方で達成することができる。

このような実施形態と合わせて、特に、前記力伝達長手方向要素が、前記シャフト間でその長さの少なくとも一部に亘って螺旋の形状になるように配置されることを実現することができる。

好適な実施形態において、前記力伝達長手方向要素は、前記シャフト間でその全長に亘って螺旋の形状になるように配置される。前記制御装置の代表的長さが１０ｃｍより相当大きく、代表的直径が数ミリメートルであることに関して、このことにより、前記螺旋形状のピッチが極めて高くなり、或いは言い方を変えれば、前記制御装置の長手方向に対する平行性がごく僅かに偏位し、数度、例えば約５°以下になる。

この実施形態の変形例によれば、前記力伝達長手方向要素は、前記近位端及び／又は前記遠位端の領域において前記制御装置の前記長手方向に対して略平行に配置され、これらの領域間に位置する領域において螺旋の形態になるように配置される。

更なる変形例によれば、前記力伝達長手方向要素は、前記制御装置の長手方向に対して平行に配置されるそれらの近位端と遠位端との間の領域に、１つ以上の区域を有する。他の区域、特に前記近位端及び前記遠位端に隣接する区域が、螺旋の形状になるように配置される。

後の２つの変形例の場合、前記制御要素の全長のうちの一部だけが角度ずれを成就するために利用可能であるが、前記長手方向からの角度偏位はほんの僅か、例えば約５°以下でよいことはやはり事実である。

前記関節区域の構成を成就するのに役立つ種々の仕方がある。

このために、例えばUS 5,741,429に述べられているように、種々のパターンにおいて周方向に溝付きであるシャフト区域が先行技術により提案されている。

前記関節区域の構成の同様の提案を、WO 2009/098244 A2及びWO 2009/112060 A1に見ることができる。

ここで、前記外側シャフト及び／又は前記内側シャフトの前記関節帯は、互いから離間された周方向に延びる、好ましくは完全に前記シャフトの円筒形壁を通って延びる溝として構成された複数の溝が配置される壁区域を含むことができ、好ましくは、２つ以上の、特に３つ以上の溝が周方向で前後に配置される。

この実施形態の好適な関節帯は、隣り合って且つ任意で互いに対してずらして配置された３つ以上の溝を軸方向に有する。

前記制御要素により及ぼされる復元効果が増強されるように、前記関節帯の少なくとも１つが弾性となるように構成されることを実現することができる。

それ自体知られている前記関節区域のこれらの実施形態は、本発明により構築される前記制御装置で使用することに確かに適しているが、別の実施形態において、前記内側シャフト及び／又は前記外側シャフト用に、関節区域が、軸方向に第１及び第２端部領域を各々有する複数の別個の環状切片を含み、前記第１端部領域が、軸方向に突出する２つ以上の突起を含み、前記第２端部領域が、前記突起を収容する２つ以上の凹部を含み、前記突起及び前記凹部が、各環状切片上に周方向で均一な距離をおいて配置され、前記環状切片が、前記突起及び前記凹部を介して互いに関節式に係合し、前記環状切片が、前記突起及び前記凹部を介して、形状ロック式のやり方で軸方向に及び／又は半径方向に共に接続されるように、前記関節区域は構成される。

この種類の関節区域では、前記制御装置を作動させるための力の消費が相当に低減される。

本発明により構成される前記制御要素は、軸方向から弾性的に偏向することができ且つ全体として前記制御装置にとって十分な復元力を前記関節区域内に及ぼす長手方向要素を備えて形成することができる。前記外側シャフト及び前記内側シャフトの前記関節区域は、復元機能に寄与する必要がない。隣接する前記環状切片の形状ロック式係合とは、突起及び凹部の緩い相互係合である。

前記突起及び前記凹部は、代表的には前記シャフトの周方向で均一な間隔をおいて配置される。

奇数である突起及び凹部を選ぶことにより、前記関節区域又はその環状切片が機械的に固着され、個々の切片が係留式に統合されることが確実になる。このことにより、前記制御装置の組み立てを簡素化することができる。

付加的に又は別法として、前記凹部が、周方向において、前記凹部に係合する対応する前記突起の半径方向外側拡張部よりも小さい拡張部を半径方向内側に有することを実現することができる。

より好適な制御装置は、周方向において、前記環状切片から離れる方を向くその自由端に、前記環状切片に隣接する拡張部よりも大きい拡張部を有する前記突起と、周方向において、前記凹部に係合する前記突起の自由端における前記拡張部よりも小さい拡張部をその開放端に有する前記凹部とを伴う。

この手段だけで、前記環状切片を互いに対して固着することを既に達成することができる。

より好ましくは、前記突起及び前記凹部は、周方向及び／又は半径方向で略台形の断面形状を有するように構成される。

前記制御要素の前記長手方向要素を生成するための好適な材料は、合金鋼及びニチノールを含む。

幾つかの用途について、前記制御装置は、その全長に沿って可撓性であるように構成することができる結果、操作フィールドに挿入される時、真っ直ぐな接近チャネルは不可欠でない。もっとも、高精度のタスクにとって、前記外側シャフト及び前記内側シャフトのうちの少なくとも一方が、前記近位関節帯と前記遠位関節帯との間に配置された曲げ剛性のある区域を有することが望ましいことが多い。

代表的には、前記制御装置は、その中央区域において曲げ剛性があるように構成される。

本発明の実施形態によれば、前記外側シャフト及び前記内側シャフトのうちの少なくとも１つが、近位関節帯と遠位関節帯との間の領域において曲げ剛性のある区域を備え、この曲げ剛性のある区域は、前記制御装置の前記中央区域の曲げ剛性を実施する。

多くの事例において、前記近位関節帯及び前記遠位関節帯は、同じ構成であり、特に、前記制御装置の長手方向において等しい拡張部を有するが、このことは絶対に不可欠ではない。

特に、前記近位関節帯及び前記遠位関節帯が、異なる構成であり、特に長さが相違する結果、前記近位関節帯の対応する枢動運動により前記遠位端区域の枢動運動が増減することを実現することができる。

特に、前記近位関節帯及び／又は前記遠位関節帯の枢動運動が調節可能であることを実現することができる。このことは、例えば前記近位関節帯及び／又は前記遠位関節帯の前記拡張部を変化させること、従って２つの前記関節帯の互いに対する枢動挙動を変化させることにより達成することができる。

特に、前記関節帯のうちの１つの一部を、前記制御装置又は機能ユニットの近位端区域又は遠位端区域に接する中央区域に対して曲げ剛性のあるやり方で固定できる保持装置を、前記制御装置が含むことを実現することができる。

従って、本発明により構築される前記制御装置の変形例において、前記保持装置は、前記中央区域の長手方向軸に対して平行に変位することのできる、曲げ剛性のあるスリーブを含むことができる。この場合、中央区域は、曲げ剛性があるように構成される。

前記スリーブの、前記中央区域に対する長手方向での位置に依存して、前記近位端区域及び／又は前記遠位端区域、並びに、そこに設けられた前記関節帯は、その長さにおいて、従って枢動挙動においても影響を受けることができる。

好ましくは、曲げ剛性のある前記スリーブは、前記制御装置の内腔が影響されないままとなるように、曲げ剛性のある前記シャフトの外周に配置される。ある用途の事例において、前記制御装置の前記内腔が十分大きい場合、曲げ剛性のあるスリーブが前記内腔の中に配置されることも当然可能である。もっとも、このスリーブが前記外側シャフトの外周に配置されると、曲げ剛性のある前記スリーブの変位能力、及び特にその固定も、実施がより容易になる。

別の変形例によれば、前記保持装置は、前記制御装置の近位端又は遠位端に連結された機能ユニット上に、支持式の保持要素を含むことができる。このようにして、前記関節帯には、その枢動挙動において、遠位端側又は近位端側から影響を与えることができる。

本発明により構築される前記制御装置の別の変形例によれば、前記保持装置は、所定の位置に位置決めすることができ、特に固定することもできる。このことにより、前記遠位端区域及び前記近位端区域の互いに対する枢動挙動を、反復可能かつ正確に予設定可能なやり方で事前調整又は再調整する可能性がもたらされる。

本発明により構築される前記制御装置の更なる変形例によれば、前記関節帯のうちの少なくとも１つが弾性構成である結果、前記端部区域を枢動するために導入される力が緩むと、前記制御装置は再度その元の真っ直ぐな位置を再びとることが実現される。

本発明のこれらの利点及び更なる利点を、以下で図面を参照して、より詳細に記載する。

本発明により構築される制御装置を包含する外科用器具の斜視図。図１の制御装置の組立分解図。図２に示す装置の関節帯の細部図（２Ａ）。図２の制御装置の複数部分の細部図。図２の制御装置の複数部分の細部図。図１の線ＩＶ‐ＩＶに沿って切り取った断面図。図４Ａの別の実施形態。本発明により構築される別の制御装置の細部図。本発明により構築される別の制御装置の細部図。本発明により構築される別の制御装置の細部図。図５Ａの線ＶＤ‐ＶＤに沿って切り取った、外側シャフトが追加された断面図。本発明により構築される制御装置の制御要素を形成するための長手方向要素の別の実施形態。本発明により構築される制御装置の制御要素を形成するための長手方向要素の別の実施形態。本発明により構築される制御装置の制御要素を形成するための長手方向要素の別の実施形態。本発明により構築される制御装置の制御要素を形成するための長手方向要素の別の実施形態。本発明により構築される制御装置の制御要素を形成するための長手方向要素の別の実施形態。本発明により構築される制御装置の制御要素を形成するための長手方向要素の別の実施形態。本発明により構築される制御装置の制御要素を形成するための長手方向要素の別の実施形態。本発明により構築される制御装置の制御要素を形成するための長手方向要素の別の実施形態。本発明により構築される制御装置のシャフトの関節区域の変形例。

図１は、本発明により構築される制御装置１２と、互いに対して枢動することのできる２つのアーム１６を有するハンドル１４とを包含する、全体として参照符号１０で表される外科用器具を示す。前記ハンドル１４は、制御装置１２の近位端１８に、取り外し可能に接続される。

制御装置１２の遠位端２０に固定されるのは、その剪断刃２４、２６が互いに対して枢動運動するように装着される切断具２２である。剪断刃２４、２６の枢動運動はアーム１６の枢動を介して成し遂げられ、アーム１６の枢動運動は切断具２２の剪断刃２４、２６に、制御装置１２内を案内される円筒形連結要素２８を介して伝達される。近位端では、連結要素２８が、アームのうちの１つに、ロック式嵌合３０により取り外し可能に接続される一方で、その遠位端（図示せず）は切断具２２の枢動機構（図示せず）に、それ自体知られているやり方で接続される。

図２は制御装置１２を詳細に示す。制御装置１２は内側シャフト３２、制御要素３４、及び外側シャフト３６を含む。連結要素２８は内側シャフト内部を案内される。

内側シャフト３２及び外側シャフト３６は各々、近位関節帯３８及び４０並びに遠位関節帯４２及び４４をそれぞれ備えて形成される。

ここに示す実施形態において、制御要素３４は、管に変形される、参照符号４８で表す領域においてその側方端部が共に接合されたストリップ形のシート材料４６から形成される。前記側方端部は、共に緩く接合することができ又は継ぎ目４８により、例えば溶接又は接着によって固着することができる。

ストリップ形のシート材料４６には、長手方向要素５２間の距離を規定する溝５０が縦に設けられる。溝５０は、シート材料の近位端部分５４とその遠位端部分５６との間を延びる。

端部分５４、５６は、溝無しのまま残り、従って、その近位端及び遠位端にて長手方向要素５２を環状カラーの形態にして接続する。

溝は、内側シャフト及び外側シャフトの関節帯内へ延び、任意でこの関節帯を越えて延びる。従って、関節区域の関節機能は、制御要素３４により、更なる手段を一切講じることなく支援されることが確実になる。

近位端部分５４に、内側シャフト３２を近位端部分６０に機械的に接続することのできる穴５８が設けられる。この遠位端部分５６にも同様に、制御要素３４の遠位端部分５６を内側シャフト３２の遠位端部分６４に機械的に接続することのできる穴５９が設けられる。

機械的接続は、単なる形状ロック式係合により成し遂げることができ、又は例えば接着又は溶接により生成される物質‐物質接着とすることもできる。

内側シャフト３２及び外側シャフト３６の近位関節区域３８及び４０並びに遠位関節区域４２及び４４は同じ構成にすることができる。

図２Ａの拡大図からわかるように、例示的な本実施形態において、関節区域３８、４０、４２、４４は各々、複数の環状切片６６から形成される。環状切片６６はその一方の軸方向端部に、その円周部分の周りに規則的に配された凹部６８を有する一方で、その他方の軸方向端部は突起７０を備えて形成される。凹部６８及び突起７０は互いに相補的に構成され、形状ロック式係合が生じる。好ましくは、内側シャフト及び外側シャフトは一体型の管製であり、関節区域は例えばレーザ切断によって生成される。突起及び凹部の数が奇数、例えば７になるように選ぶことにより、環状切片は製造後に、これらの環状切片間の係合が緩くても、互いに対して係留式接続関係に維持されることが確実になる。

突起６８及び凹部７０に、周方向で、好ましくは半径方向でも台形状を使用することにより、偶数である突起及び凹部を使用する際も、隣接する環状切片６６間に、係留式の、やはり関節式の接続を確立することができる。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明により構築される制御装置１２の近位端部分及び遠位端部分の細部図をそれぞれ再び示す。

図３Ａは、管になるように形成されたシート材料４６を備えた制御要素３４を示す。前記制御要素３４は、溝５０によって互いから分離した６つの長手方向要素５２を含み、本質的に周方向で等しく配されて、内側シャフト３２の近位端部分６０にこの近位端部分に対して半径方向で外方に突出する関係にして設けられた突起を収容する貫通開口５８が設けられる溝無し部分５４を含む。図３Ａに詳細に示すように、突起はねじヘッド８０の形態をとることができる。

制御要素３４の内部に示すのは、内側シャフト３２の関節区域３８である。この関節区域は、上述したように、環状切片６６から形成される。

図３Ｂは、制御要素３４の遠位端部分５６の構成を詳細に示す。ここでも、遠位端部分５６には、制御要素３４が作成されるシート材料４６が管に変形されると内側シャフト３２の遠位端部分６４に形成されたピン様の突起８２を収容する貫通開口５９が設けられる。近位端部分用の、図３Ａに示すようなねじヘッドはピン様の突起にとって代わることができ、又はその逆とすることもできる。

既に記載したように、制御要素３４の遠位端部分５６に切断具２２が接しているが、この切断具の特殊な構成はそれ自体知られているため、より詳細にここで検討する必要はない。

図３Ｂには内側シャフト３２の遠位関節帯４２の構成も見られ、ここでも、上述したような環状切片６６が、互いに関節式に係合した状態で使用される。

図１〜図３に示す外科用器具において、長手方向要素５２が弾性であることに起因して、十分な復元力が利用可能となる結果、外科用器具又はその制御装置１２が、無応力の状態のときに真っ直ぐな構成を有するように制御装置１２は構成される。この長手方向要素はストリップ形のシート材料４６から作製される。

図１において、制御装置１２の近位端１８で、例えばハンドル１４が制御装置１２の長手方向軸に対して下方に偏向すると、これにより、制御装置の遠位端２０は上方に、同時にかつ同程度に枢動する。ハンドル１４に及ぼされる力が解放されると、制御装置１２は自動的に真っ直ぐな構成に回復する。

上述のように、長手方向要素５２の弾性が復元効果の原因であるのに対して、環状切片６６から形成される内側シャフト３２及び外側シャフト３６の関節区域３８、４０、４２、４４は、この復元効果に寄与しなくてもよい。

図４Ａに、図１の線ＩＶ‐ＩＶに沿って切り取った制御装置の横断面図を示す。

外部から内部まで見られるように、制御装置は、制御要素３４が中に収容される環状空間を間に形成する外側シャフト３６及び内側シャフト３２を含む。終わりに、内側シャフト３２の内部に配置されるのは、連結要素２８としての可撓性プルロッド又はプッシュロッドである。

６つの長手方向要素５２が、周方向で溝５０を介して互いから分離する。ここで、これらの長手方向要素は、長手方向要素の幅、及びこれらの長手方向要素間の距離ｂ_１、ｂ_２…、ｂ_６の設計の原理を示すために概略的にのみ示す。

図４Ａにおいて、個々の寸法を以下のように表す。
Ｄａ’＝内側シャフト３２の外径、
Ｄｉ’’＝長手方向要素５２の半径方向内側縁部を通る円Ｋ_ｉの直径、
Ｄａ’’＝長手方向要素５２の半径方向外側縁部を通る円Ｋ_ａの直径、
Ｄｉ’’’＝外側シャフト３６の内径、
ｂ_１、ｂ_２、…＝直径Ｄｉ’の円に沿って周方向で測定した、長手方向要素５２の、互いからの距離。

本発明により構築される制御装置において代表的に生じる力の下では、好ましくは制御要素３４を作成するために使用されるニチノール等の材料を用いると、材料が弾性であることが長手方向要素５２の長さを変化させるものではないと想定することができる。

この条件を前提とすれば、外径Ｄａ’の、内径Ｄｉ’’に対する寸法決め、及び周方向で測定した長手方向要素５０の距離ｂ_１、ｂ_２、…、ｂ_ｎに、以下の関係（１）が当てはまる（図４Ａの特定の場合においてｎ＝６である）：

Ｄａ’＞Ｄｉ’’−１／ｎ＊Σ（ｂ_１＋ｂ_２＋…ｂ_ｎ）（１）

好ましくは、これらの直径について、それらの間で以下の関係（２）が付加的に満たされる：

Ｄｉ’’’−Ｄａ’＜１^１／２＊（Ｄａ’’−Ｄｉ’’）（２）

この関係は、個々のシャフト及び長手方向要素の製造公差をも考慮する。

図４Ｂは、図４Ａの実施形態の変形例を示し、そこでは、長手方向要素５２が、その半径方向内側縁部及び外側縁部にて、内側シャフト３２及び外側シャフト３６それぞれにより案内される。

図５Ａ〜図５Ｃは、その構造が、図１〜図４と合わせて記載した制御装置１２の制御要素の構造と相違する制御要素１０２を有する別の制御装置１００を示す。ここでは、連続するシート材料の代わりに、長手方向要素１０４として、その近位端及び遠位端にて離間関係になるように固定される個々のウェブが使用される。

別個の環状カラー上で、互いに対して十分な距離をおいて長手方向要素１０４の固定を行うことができ、或いは、図５Ａ〜図５Ｃとの関連で示すように、長手方向要素１０４は、好ましくは、内側シャフト１０６の近位端及び遠位端に固定される。内側シャフト１０６並びに単純化のためここには図示しない関連する外側シャフト（図５Ｄのシャフト１０９参照）を、図１〜図４の制御装置１２の内側シャフト及び外側シャフトに関して記載したように構築することができる。

長手方向要素１０４を内側シャフト１０６の近位端及び遠位端に固定するために、内側シャフトは、上に設けられた突起１０８を有することができる一方で、長手方向要素１０４にはいずれの場合も、その近位端及び遠位端に、突起１０８が中へと係合することのできる開口１１０が設けられる。

特に図５Ａ及び図５Ｃに示すように、長手方向要素１０４を設置した後に幾分広げることのできる楔形の溝１１２を含む突起１０８が特に好ましい。その結果、突起１０８と貫通開口１１０との間の形状ロック式係合に加えて、制御装置を更に組み立てる目的で長手方向要素１０４を内側シャフト１０６に固定する力ロック式係合が存在する。力ロック式係合は特に強力である必要がなく、長手方向要素１０４は内側シャフト１０６に特に解放可能に装着される。というのも、制御装置１００を完全に組み立てた状態のとき、外側シャフト１０９が、長手方向要素１０４のそれぞれの端部にある突起１０８及び小穴１１０の領域上に延び、それによって、図５Ｄの断面図からわかるように、長手方向要素１０４又はその貫通開口１１０が突起１０８と永続的に係合して維持されるからである。

この記載したような解決策では、特に、長手方向要素１０４の数が大きい、例えば本例のように６つ以上である事例において、長手方向要素１０４と、内側シャフト１０６の近位端部分及び遠位端部分との間の接続は、突起１０８が、長手方向で、即ち内側シャフト１０６の軸方向で、互いに幾分ずれた関係において配置されるように成し遂げられる結果、小穴１１０を含む長手方向要素１０４の拡大領域は相互接触なしに装着することができる。

図５Ｄは、図５Ａの制御装置１００を、横断面図で、及び完全に組み立てた形態において示す。外部から内部まで見られるように、外側シャフト１０９は、内側シャフト１０６、及び個々の長手方向要素１０４から形成された制御要素１０２を包囲し、制御要素をその適所に固定する。内側シャフト１０６の内部には、図１〜図４の実施形態の連結要素２８と同様の連結要素１１２も示す。更に、図５Ｄは、環状要素１１４及び１１６をも示す。これらの環状要素は、突起及び凹部を介して互いに明確に接続される。外側シャフト１０９内にも、対応する構造が存在することができる（この外側シャフトの細部図は図５Ｄから省略した）。

図５Ａ〜図５Ｄに記載したような、制御要素１０２を形成するための長手方向要素１０４の代替手段として、非常に種々の変形例が役立つ。これらの変形例を図６Ａ〜図６Ｅに例示する。より良好な比較の便宜のため、図６Ａは長手方向要素１０４を再び示す。

図６Ｂは、その近位端１２２及び遠位端１２４が各々Ｔ形状に構成される別の長手方向要素１２０を示す。

Ｔ形状に構成されるこれらの近位端及び遠位端は、内側シャフト１０６上で又は別個の環状カラー上で相応に構成された容器内に設置することができ、従って、長手方向要素１２０の、互いに対する、互いから周方向で離間された固定を確立する一方で、制御装置１００の近位端から遠位端へ力を移行することのできる接続を付加的に供する。

図６Ｃに更なる変形例を示す。この変形例は、括れた近位端部分１３２及び遠位端部分１３４をそれぞれ有する長手方向要素１３０を提供する。これらの括れた端部１３２及び１３４は、幾分少なめの空間要件で、形状ロック式及び／又は力ロック式のやり方で、内側シャフト１０６の近位端及び遠位端に又は別個の環状カラーに固定することができる。

図６Ｄは、長手方向要素１０４と同様に、その近位端１４２及び遠位端１４４に、内側シャフト１０６上又は別個の環状カラー上に設けられた突起を収容することのできる貫通開口１４６を有する長手方向要素１４０を示す。

終わりに、図６Ｅに示すのは、その近位端１５２及び遠位端１５４にて、環状カラーに及び任意で内側シャフト１０６の近位端及び遠位端に、例えば接着又は溶接により生成される物質‐物質接着により固定することのできる長手方向要素１５０の形態の別個の長手方向要素の、最も単純な型である。

考えられるところでは、別法として、図６Ａ〜図６Ｄの長手方向要素１０４、１２０、１３０、１４０を用いて、環状カラー又は内側シャフトへの物質‐物質接着を使用することもできよう。

図７は、図１〜図４の実施形態により構築される制御装置１２との関連で使用される際に、管に変形されて制御要素を形成する異なるシート材料の概観を与える。

図７Ａは、近位端１６２及び遠位端１６４を有するシート材料１６０を示す。

シート材料１６０内でその近位端１６２と遠位端１６４との間に延びているのは、近位端１６２及び遠位端１６４に接続された長手方向要素１６８を互いに離間関係に維持しておく溝１６６であり、長手方向要素１６８は、近位端１６２及び遠位端１６４と一体にして形成される。

溝１６６は、その近位端及び遠位端に、隣接する長手方向要素１６８間の溝１６６の幅の約半分に対応する半径により凹湾して構成される。

シート材料１６０が管に変形されると、側方外側長手方向要素１７０及び１７２は、互いに直接接触して置くことができ、継ぎ目により共に接続することもできる。このように構成された実施形態では、長手方向要素１７０、１７２の幅は、長手方向要素１６８の幅の約半分になることになる。

別法として、側方に配置された長手方向要素１７０、１７２が、長手方向要素１６８と同じ幅を有するように構成されることを実現することができよう。この場合、側方長手方向要素１７０、１７２は、シート材料１６０を管になるように巻き込み、シート材料１６０内では溝１６６の幅に対応する距離をおいて保持される。

更なる変形例において、側方長手方向要素１７０、１７２のうちの一方は省略することができる一方で、近位端部分１６２及び遠位端部分１６４は、図７Ａにおける幅と同じ幅を有する。その際、このことにより、長手方向要素のうちの最後のものに亘って交差方向に突出する領域がもたらされるため、この領域は、継ぎ目により、シート材料１６０の側方端部に接続することができる。

シート材料１６０は、管の形態の制御要素になるように巻き上げられ、そのようなものとして内側シャフトと外側シャフトとの間で単純に保持することができ、従って、制御装置の近位端から遠位端へ力を移行するというその意図する目的を完全に満たす。組み立てられた制御装置内では制御要素を付加的に固着するために、シート材料の近位端及び遠位端に一連の貫通開口を設けることができる。前記貫通開口は、内側シャフト上に設けられた、図１〜図４と合わせて制御装置１２の実施形態と合わせて記載したものと同様の、相応に構成された突起を受容することができる。

このような展開を図７Ｂに示す。そこでは、図７Ａと合わせて記載した実施形態と同じように、溝１８６により離間関係に維持される長手方向要素１８８がここでも間で延びる近位端１８２及び遠位端１８４をシート材料１８０が有する。一方、近位端１８２及び遠位端１８４の領域に、付加的な貫通開口１９０が設けられる。

図７Ｃは、近位端２０２及び遠位端２０４を有する更なる別のシート材料２００を示す。ここでも、溝２０６は、近位端２０２から遠位端２０４まで延び、長手方向要素２０８を、互いに対して、互いに離間関係にて固定する。

ここで、図７Ｃのシート材料１６０の実施形態とは異なり、溝２０６の端部は、矩形の形状になるように構成される。

終わりに、図８は、内側シャフト及び／又は外側シャフト用の関節区域の、更に別の実施形態を示す。そこでは、互いに対してずれた関係にして配置された、周方向に延びる溝を有することにより、関節機能が確立される。

図８の例示的な実施形態の場合、２つの溝２３０、２３２が、いずれの場合も周方向で、幅狭ウェブ２３４によってのみ互いから分離して設けられる。軸方向では、周方向に延びると共に幅狭ウェブ２４２により互いから分離される別の１対の溝２３８、２４０が、短い距離２３６をおいて続く。溝２３０、２３２、及び２３８、２４０は、いずれの場合も周方向で９０°ずれた対になって配置されるため、関節帯は、ほぼ同じ力の消費で全方向に動くことができる。

交互に配置された溝２３０、２３２、及び２３８、２４０のパターンがシャフトの関節帯全体に亘って継続するため、ニチノール等の材料を用いれば、このパターンにより、非常に単純な一体型の関節構造体が構成されることが可能になる。

この条件を前提とすれば、外径Ｄａ’の、内径Ｄｉ’’に対する寸法決め、及び周方向で測定した長手方向要素５２の距離ｂ_１、ｂ_２、…、ｂ_ｎに、以下の関係（１）が当てはまる（図４Ａの特定の場合においてｎ＝６である）：

Ｄａ’＞Ｄｉ’’−１／ｎ＊Σ（ｂ_１＋ｂ_２＋…ｂ_ｎ）（１）

ここで、図７Ａのシート材料１６０の実施形態とは異なり、溝２０６の端部は、矩形の形状になるように構成される。

Claims

特に内視鏡等において使用するための制御装置であって、
関節帯を各々含む近位端区域及び遠位端区域と、
前記区域間に配置された中央区域と、
中空円筒形の外側シャフトと、
好ましくは中空円筒形の内側シャフトと、
遠位端区域の運動と近位関節区域の運動とを機械的に連結するための、前記シャフト間に配置されると共に前記制御装置の前記近位端区域から前記遠位端区域までほぼ延びる２つ以上の力伝達長手方向要素を有する制御要素とを含み、
前記長手方向要素が、前記制御装置の周方向で略均一な角距離ｂ_１、ｂ_２、…、ｂ_ｎにて互いに対して離間されて配置されると共に、いずれの場合もその近位端区域及び遠位端区域の領域において周方向で互いに対して固定される、
制御装置において、
前記長手方向要素の互いに対する前記角距離ｂ_１、ｂ_２、…、ｂ_ｎが、周方向で測定すると、前記力伝達長手方向要素が、周方向で接触せずに案内され且つ任意で前記外側シャフト及び／又は前記内側シャフトに半径方向で接触して案内されるように選択されること、を特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、前記長手方向要素が、前記外側シャフト及び前記内側シャフトと半径方向で接触し且つ該シャフトにより案内されること、を特徴とする制御装置。
請求項１又は２に記載の制御装置であって、前記長手方向要素の断面がほぼ円弧切片の形状に又はほぼ矩形の形状に構成されること、を特徴とする制御装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置であって、長手方向要素を備えた前記制御要素が、長手方向溝付き管により形成される、又は、管に変形される長手方向溝付きシート材料により形成される、又は、好ましくは環状カラーを使用して、その近位端及び遠位端において周方向で互いに対して固定される個々の棒形要素により形成されること、を特徴とする制御装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置であって、前記外側シャフトの外径が約１ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲であるように選択され、前記内側シャフトの内径が約０．０５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲であるように選択されること、を特徴とする制御装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御装置であって、前記長手方向要素の遠位端が、いずれの場合も該遠位端に関連付けられた近位端が固定される角位置とは異なる角位置に周方向で固定され、前記角位置が、好ましくは、周方向で約１０°〜３５０°だけ、特に約４５°〜３１５°だけ相違すること、を特徴とする制御装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御装置であって、前記力伝達長手方向要素が、前記シャフト間で、その長さの少なくとも一部に亘って螺旋の形状に配置されること、を特徴とする制御装置。
請求項７に記載の制御装置であって、前記力伝達長手方向要素が、近位端及び／又は遠位端の領域において前記制御装置の長手方向に対して略平行に配置され、前記領域間に位置する領域において螺旋の形態に配置されること、を特徴とする制御装置。
請求項７に記載の制御装置であって、前記力伝達長手方向要素が、前記制御装置の長手方向に対して平行に配置されるその近位端と遠位端との間の領域において、１つ以上の区域を有すること、を特徴とする制御装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の制御装置であって、
前記内側シャフト及び／又は前記外側シャフトの関節区域が、軸方向に第１及び第２端部領域を各々有する複数の別個の環状切片を含み、
前記第１端部領域が、軸方向に突出する２つ以上の突起を含み、前記第２端部領域が、前記突起を受容する２つ以上の凹部を含み、
前記突起及び前記凹部が、各環状切片上に周方向で均一な距離をおいて配置され、
前記環状切片が、前記突起及び前記凹部を介して互いに関節式に係合し、
前記環状切片が、前記突起及び前記凹部を介して、形状ロック式のやり方で軸方向に及び／又は半径方向に共に接続されること、
を特徴とする制御装置。
請求項１０に記載の制御装置であって、
前記突起が、周方向において、半径方向内側よりも半径方向外側の方が大きい拡張部を有すること、及び
前記凹部が、周方向において、対応する前記突起の半径方向外側における拡張部よりも小さい拡張部を半径方向内側に有すること、
を特徴とする制御装置。
請求項１０又は１１に記載の制御装置であって、
前記突起が、周方向において、前記環状切片から離れる方を向くその自由端に、前記環状切片に隣接する拡張部よりも大きい拡張部を有すること、及び
前記凹部が、周方向において、前記凹部に係合する前記突起の自由端における前記拡張部よりも小さい拡張部をその開放端に有すること、
を特徴とする制御装置。
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の制御装置であって、前記突起及び前記凹部が、周方向及び／又は半径方向で略台形の断面形状を有するように構成されること、を特徴とする制御装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の制御装置であって、前記外側シャフト及び／又は前記内側シャフトの前記関節帯が、互いから離間された周方向に延びる、好ましくは完全に前記シャフトの円筒形壁を通って延びる溝として構成された複数の溝が配置される壁区域を含み、好ましくは、２つ以上の、特に３つ以上の溝が周方向で前後に配置されること、を特徴とする制御装置。
請求項１４に記載の制御装置であって、前記３つ以上の溝が、軸方向において、隣り合って且つ任意で互いに対してずらして配置されること、を特徴とする制御装置。
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の制御装置であって、前記関節帯の少なくとも１つが、弾性であるように構成されること、を特徴とする制御装置。
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の制御装置であって、前記制御要素の前記長手方向要素が、合金鋼製又はニチノール製であること、を特徴とする制御装置。
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の制御装置であって、前記外側シャフト及び前記内側シャフトのうちの少なくとも１つが、近位関節帯と遠位関節帯との間に配置された曲げ剛性のある区域を有すること、を特徴とする制御装置。