JP2019034081A - 医療用マニピュレーターの屈曲構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れた医療用マニピュレーターの屈曲構造体を提供する。【解決手段】超弾性合金からなる可撓チューブ１５と、可撓チューブ１５内に配置され医療用マニピュレーターの駆動ワイヤーをガイドするガイド部１７とを備え、可撓チューブ１５は、この可撓チューブ１５の軸線方向に連設された複数のリング部２１と、軸線方向で隣接するリング部２１間を周方向の一部で結合するチューブ結合部２３ａ，２３ｂと、軸線方向で隣接するリング部２１間においてチューブ結合部２３ａ，２３ｂの周方向両側に区画されチューブ結合部２３ａ，２３ｂの曲げによる可撓チューブ１５の屈曲を許容するチューブスリット２５とを備え、ガイド部１７は、少なくとも可撓チューブ１５のリング部２１間での曲げ剛性が可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ａ，２９ｂの曲げ剛性よりも小さく設定されている。【選択図】 図３

Description

本発明は、手術ロボット等の医療用マニピュレーターの屈曲部に適用可能な屈曲構造体に関する。

近年の医療においては、手術の際に患者及び医師の双方の負担を軽減可能とする手術ロボットのロボット鉗子や手動鉗子等の医療用マニピュレーターが普及してきている。

ロボット鉗子や手動鉗子等の医療用マニピュレーターは、患者の小さな創から内視鏡カメラとアームを挿入し、医師が３Ｄモニターを通して術野を目で捉えながら、実際に鉗子を動かしている感覚で手術を行うことを可能とする。

このような医療用マニピュレーターとしては、特許文献１のように、アームに屈曲部による関節機能を持たせることにより、高い自由度を確保でき、より精緻な手術操作を可能とするものがある。

この医療用マニピュレーターでは、アームの屈曲部にコイルスプリングを用い、内部を通る駆動ワイヤーを引くことによって、コイルスプリングを屈曲させるようになっている。

こうした医療用マニピュレーターのアームは、患者の創を小さくして、精神的、肉体的な負担を軽減するために、小型化が望まれる。これに応じて、アームに用いられる屈曲部も、小型化が望まれている。

しかし、特許文献１の技術では、屈曲部がコイルスプリングによって構成されているため、耐荷重及び屈曲性を確保する必要性から、小型化に限界があった。

このような問題は、上記のようにロボット鉗子や手動鉗子等の医療用マニピュレーターだけでなく、内視鏡カメラ等の他の医療用マニピュレーターにおいても同様に存在する。

特開２０１４−３８０７５号公報

解決しようとする問題点は、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性を確保することに限界があった点である。

本発明は、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れたものとするために、超弾性合金からなる可撓チューブと、前記可撓チューブ内に配置され医療用マニピュレーターの駆動ワイヤーをガイドするガイド部とを備え、前記可撓チューブは、該可撓チューブの軸線方向に連設された複数のリング部と、前記軸線方向で隣接するリング部間を周方向の一部で結合するチューブ結合部と、前記軸線方向で隣接するリング部間において前記チューブ結合部の周方向の両側に区画され前記チューブ結合部の曲げによる前記可撓チューブの屈曲を許容するスリットとを備え、前記ガイド部は、少なくとも前記可撓チューブのリング部間での曲げ剛性が前記可撓チューブの前記チューブ結合部の曲げ剛性よりも小さく設定されたことを屈曲構造体の最も主な特徴とする。

本発明は、超弾性合金からなる可撓チューブが、複数のリング部を軸線方向でチューブ結合部によって結合して形成され、チューブ結合部の曲げによって屈曲が可能となっているため、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れたものとすることができる。

しかも、少なくとも可撓チューブのリング部間でのガイド部の曲げ剛性が、可撓チューブのチューブ結合部の曲げ剛性よりも小さく設定されたため、可撓チューブの屈曲を妨げることなく、駆動ワイヤーを適切な位置に保持し、安定且つ正確な屈曲動作を行わせることができる。

（Ａ）は屈曲構造体を用いたロボット鉗子を示す正面側から見た斜視図、（Ｂ）は同背面側から見た斜視図である（実施例１）。 図１のロボット鉗子を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である（実施例１）。 図１のロボット鉗子の屈曲構造体を示す斜視図である（実施例１）。 図３の屈曲構造体の正面図である（実施例１）。 図３の屈曲構造体に用いられている可撓チューブを示す斜視図である（実施例１）。 図５の可撓チューブを示す正面図である（実施例１）。 図５の可撓チューブの一部拡大正面図である（実施例１）。 図３の屈曲構造体に用いられているガイド部を示す斜視図である（実施例１）。 図８のガイド部を示す正面図である（実施例１）。 図８のガイド部を示す平面図である（実施例１）。 屈曲構造体に用いられる可撓チューブの荷重と屈曲角との関係を示すグラフである（実施例１）。 屈曲構造体を示す正面図である（実施例２）。 図１２の屈曲構造体の平面図である（実施例２）。 屈曲構造体を示す斜視図である（実施例３）。 図１４の屈曲構造体を示す側面図である（実施例３）。 図１４の屈曲構造体を示す平面図である（実施例３）。 屈曲構造体を示す斜視図である（実施例４）。 図１７の屈曲構造体を示す側面図である（実施例４）。 図１７の屈曲構造体を示す平面図である（実施例４）。 屈曲構造体を示す斜視図である（実施例５）。 図２０の屈曲構造体を示す側面図である（実施例５）。 図２０の屈曲構造体を示す平面図である（実施例５）。 屈曲構造体の可撓チューブを示す一部拡大正面図である（実施例６）。 変形例に係る屈曲構造体の可撓チューブを示す一部拡大正面図である（実施例６）。 屈曲構造体の可撓チューブを示す一部拡大正面図である（実施例７）。

本発明は、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れ、安定且つ正確な屈曲動作を可能にするという目的を、超弾性合金製の可撓チューブ内にガイド部を設けることにより実現した。

具体的には、屈曲構造体が、超弾性合金からなる可撓チューブと、可撓チューブ内に配置され医療用マニピュレーターの駆動ワイヤーをガイドするガイド部とを備える。

可撓チューブは、軸線方向に連設された複数のリング部と、軸線方向で隣接するリング部間を周方向の一部で結合するチューブ結合部と、軸線方向で隣接するリング部間においてチューブ結合部の周方向の両側に区画されチューブ結合部の曲げによる可撓チューブの屈曲を許容するスリットとを備える。

ガイド部は、少なくとも可撓チューブのリング部間での曲げ剛性が可撓チューブのチューブ結合部の曲げ剛性よりも小さく設定される。

チューブ結合部は、軸線方向で隣接するリング部間を径方向で対向する周方向の二ヵ所で結合し、各リング部の軸線方向の一側のチューブ結合部と軸線方向の他側のチューブ結合部とが周方向に１８０／Ｎ度（Ｎは２以上の整数）ずれており、軸線方向の一側及び他側のチューブ結合部の曲げによって交差する異なる方向への可撓チューブの屈曲を可能としてもよい。

ただし、交差する異なる方向へ屈曲させる場合は、一つの可撓チューブを上記のように構成するものに限られず、例えば、二つの可撓チューブを連続して設け、それぞれが異なる方向へ曲がるように構成することも可能である。

ガイド部は、可撓チューブの少なくとも中央部分に配置され、中央部分を越えて駆動ワイヤーが移動することを抑制する。

また、ガイド部は、材質及び形状の何れか一方又は双方を設定することにより、上記のように曲げ剛性を設定することが可能である。

例えば、ガイド部は、可撓チューブよりもヤング率の小さい材料からなり、可撓チューブの複数のリング部内周にそれぞれ位置し、駆動ワイヤーを挿通する挿通孔を有する円板状の複数のガイド体と、軸線方向で隣接するガイド体間を可撓チューブのチューブ結合部に対応して周方向の一部で結合するガイド結合部と、軸線方向で隣接するガイド体間においてガイド結合部の両側に区画されたスリットとを備えてもよい。

［ロボット鉗子の構造］
図１（Ａ）は、屈曲構造体を用いたロボット鉗子を示す正面側から見た斜視図、図１（Ｂ）は同背面側から見た斜視図、図２（Ａ）は同側面図、図２（Ｂ）は同正面図である。なお、図１及び図２では、後述する屈曲構造体３のガイド部１７の図示を省略している。

ロボット鉗子１は、医療用マニピュレーターである手術ロボットのロボットアーム先端を構成するものである。なお、ロボット鉗子１は、医療用マニピュレーターの一例である。屈曲構造体３を適用可能な医療用マニピュレーターは、手術ロボットに取り付けるか否かに拘わらず、医師等が手で操作するものであって、屈曲動作を行う屈曲部を有すれば、特に限定されるものではない。従って、医療用マニピュレーターには、手術ロボットに取り付けない内視鏡カメラや手動鉗子等も含まれる。

ロボット鉗子１は、シャフト部５、屈曲部７、把持部９によって構成されている。

シャフト部５は、円筒形状に形成されている。シャフト部５内には、屈曲部７を駆動するための駆動ワイヤー１１（図１０）や把持部９を駆動するためのプッシュプルケーブル１３（図１０）が通っている。シャフト部５の先端には、屈曲部７を介して把持部９が設けられている。

屈曲部７は、本実施例の屈曲構造体３によって構成され、駆動ワイヤー１１の操作により屈曲可能となっている。屈曲構造体３の詳細は後述する。

把持部９は、屈曲部７の先端に取り付けられた基部９ａに対して鉗子部９ｂが軸支されている。鉗子部９ｂは、プッシュプルケーブル１３の進退動作（プッシュプル動作）で開閉するようになっている。

把持部９の駆動は、プッシュプルケーブル１３に限らず、エアチューブや複数の駆動ケーブルを用いても良い。

［屈曲構造体の構造］
図３は、図１のロボット鉗子１の屈曲構造体３を示す斜視図、図４は、同正面図、図５は、図３の屈曲構造体３の可撓チューブ１５を示す斜視図、図６は同正面図、図７は同一部拡大正面図である。なお、図３〜図７の屈曲構造体３は、図１及び図２とは形状が僅かに異なるが、同一のものを簡略化したものとなっている。

屈曲構造体３は、可撓チューブ１５と、ガイド部１７とを備え、軸線方向の一側（基端側）を固定側、軸線方向の他側（先端側）を可動側として屈曲可能となっている。なお、図３〜図７において、基端側は下方側、先端側は上方側である。

可撓チューブ１５は、超弾性合金からなり、連結部１９ａ，１９ｂと、リング部２１と、チューブ結合部２３ａ，２３ｂと、チューブスリット２５とで構成されている。なお、超弾性合金は、NiTi合金（ニッケルチタン合金）、ゴムメタル（登録商標）等のチタン系合金、Cu-Al-Mn合金（銅系合金）、Fe-Mn-Al系合金（鉄系合金）等とすることが可能である。

連結部１９ａ，１９ｂは、両端部に設けられたリング状であり、ロボット鉗子１側に連結される部分である。これら連結部１９ａ，１９ｂ間には、複数のリング部２１が位置している。

複数のリング部２１は、軸線方向に等間隔で平行に連設されている。軸線方向で隣接するリング部２１間の間隔ｄは一定に保持されており、各リング部２１の径ｒ１、軸線方向での寸法としての軸線方向幅ｗ１、及び肉厚ｔも一定となっている。なお、肉厚ｔは、連結部１９ａ，１９ｂ及びチューブ結合部２３ａ，２３ｂを含めた可撓チューブ１５全体において一定である。

隣接するリング部２１は、周方向の一部でチューブ結合部２３ａ，２３ｂによって結合されている。両端部のリング部２１は、チューブ結合部２３ａ，２３ｂによって連結部１９ａ，１９ｂに結合されている。

チューブ結合部２３ａ，２３ｂは、リング部２１に一体に設けられ、軸線方向で隣接するリング部２１間を径方向で対向する周方向の二ヵ所で結合している。

各リング部２１において、軸線方向の一側（基端側）に位置するチューブ結合部２３ａ，２３ｂと他側（先端側）に位置するチューブ結合部２３ｂ，２３ａは、周方向に１８０／Ｎ度ずれて配置されている。ここでのチューブ結合部２３ａ，２３ｂのずれは、チューブ結合部２３ａ，２３ｂの中心線間のずれをいう（以下、同じ。）。Ｎは、２以上の整数である。本実施例では、Ｎ＝２であり、チューブ結合部２３ａ，２３ｂが９０度ずれて配置されている。

なお、チューブ結合部２３ａ，２３ｂ間のずれは、６０度等とすることも可能であるが、９０度にするのが好ましい。これは、可撓チューブ１５の屈曲に必要なリング部２１の数を少なくでき、全体の長さをコンパクトにすることができるためである。

各チューブ結合部２３ａ，２３ｂは、軸線方向に伸びる矩形板状であり、リング部２１に応じて僅かに曲率を有している。チューブ結合部２３ａ，２３ｂの両端部は、円弧部２６を介してリング部２１に遷移する。これにより、チューブ結合部２３ａ，２３ｂとリング部２１との間は、接線連続となっている。

なお、リング部２１の径方向において、チューブ結合部２３ａ，２３ｂとリング部２１の間は、内外周が段差なく遷移している。ただし、チューブ結合部２３ａ，２３ｂをリング部２１よりも厚肉又は薄肉にして段差を有するような形態とすることも可能である。

チューブ結合部２３ａ，２３ｂの周方向幅ｗ２は、リング部２１の軸線方向幅ｗ１よりも小さく形成されている。円弧部２６の曲率半径ｒ２は、リング部２１の軸線方向幅ｗ１よりも小さく、チューブ結合部２３ａ，２３ｂの周方向幅ｗ２と同一か僅かに異なる程度となっている。

チューブ結合部２３ａ，２３ｂは、中立軸を境に周方向の一側を圧縮して他側を伸長するように曲がることで可撓チューブ１５の屈曲を可能とする。本実施例では、周方向に９０度ずれたチューブ結合部２３ａ，２３ｂが曲がることにより、交差する異なる二方向Ｘ及びＹへの屈曲が可能となっている。

各チューブ結合部２３ａ，２３ｂの周方向両側には、チューブ結合部２３ａ，２３ｂの曲げによる可撓チューブ１５の屈曲を許容するチューブスリット２５が設けられている。

すなわち、チューブスリット２５は、軸線方向で隣接するリング部２１間においてチューブ結合部２３ａ，２３ｂの周方向両側に区画されている。各チューブスリット２５は、リング部２１及びチューブ結合部２３ａ，２３ｂの形状に応じて、角の丸い矩形状となっている。

チューブスリット２５の軸線方向幅ｄ（リング部２１間の間隔ｄと同じ）は、リング部２１の軸線方向幅ｗ１よりも大きく形成されている。

なお、本実施例の可撓チューブ１５の各部の寸法は、全長Ｌが２２．４ｍｍ、リング部２１の径ｒ１が６ｍｍ、軸線方向幅ｗ１が０．８ｍｍ、肉厚ｔが０．４ｍｍ、チューブ結合部２３ａ，２３ｂの周方向幅ｗ２が０．２〜０．５ｍｍ、円弧部２６の曲率半径ｒ２が０．３ｍｍ、チューブスリット２５の軸線方向幅ｄが１．０ｍｍとなっている。

ただし、これら各部の寸法は、一例であり、要求される大きさや特性に応じて適宜変更することが可能である。例えば、リング部２１及びチューブ結合部２３ａ，２３ｂの肉厚ｔ、リング部２１の径ｒ１、軸線方向幅ｗ１は、可撓チューブ１５に要求される特性に応じて一定としなくてもよい。また、リング部２１の径ｒ１、軸線方向幅ｗ１、チューブ結合部２３ａ，２３ｂの周方向幅ｗ２、円弧部２６の曲率半径ｒ２、チューブスリット２５の軸線方向幅ｄの相対的な大きさの関係を変更することも可能である。

図８は、図３の屈曲構造体３のガイド部１７を示す斜視図、図９は、同正面図、図１０は、同平面図である。

本実施例のガイド部１７は、ガイド部１７は、可撓チューブ１５の少なくとも中央部分に配置され、中央部分を越えて駆動ワイヤー１１が移動することを抑制するものである。中央部分は、本実施例において挿通孔３３ｂの位置する軸心部並びに軸心部を囲む領域をいう。

このガイド部１７は、可撓チューブ１５よりもヤング率の小さい材料からなる。ガイド部１７の材料としては、ポリプロピレン等の樹脂を用いることが可能である。また、本実施例のガイド部１７は、可撓チューブ１５と対応した形状に形成されており、可撓チューブ１５に位相を合わせている。

ただし、ガイド部１７は、可撓チューブ１５内に配置され、少なくとも可撓チューブ１５のリング部２１間でのガイド部１７の曲げ剛性が、可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ａ，２３ｂの曲げ剛性よりも小さく設定された構成となっていれば、形状や材質は特に限定されるものではない。

本実施例のガイド部１７は、ガイド体２７と、ガイド結合部２９ａ，２９ｂと、ガイドスリット３１とを備えている。

ガイド体２７は、可撓チューブ１５の複数のリング部２１内周にそれぞれ位置する円板状に形成されている。本実施例のガイド体２７は、可撓チューブ１５のリング部２１の範囲内に収まるように軸線方向の板厚Ｔが設定されている。ガイド体２７は、リング部２１の内周に嵌合するように径ｒ３が設定されている。なおガイド体２７は、リング部２１の内周に遊嵌させることも可能である。

各ガイド体２７は、駆動ワイヤー１１及びプッシュプルケーブル１３を挿通する挿通孔３３ａ，３３ｂを有する。なお、駆動ワイヤー１１は、ガイド部１７を挿通した後、屈曲構造体３の先端側に固定される。プッシュプルケーブル１３は、把持部９に連結される。

プッシュプルケーブル１３を挿通する挿通孔３３ｂは、軸心部に設けられている。駆動ワイヤー１１を挿通する挿通孔３３ａは、本実施例において周方向に９０度毎に位置して４つ設けられており、それぞれが挿通孔３３ｂに対して径方向外側に偏倚して配置されている。これにより、周方向に９０度毎に駆動ワイヤー１１をバランスよく保持する。この保持により、ガイド部１７は、各駆動ワイヤー１１が可撓チューブ１５の中央部分を越えて移動することを抑制する。

なお、可撓チューブ１５の中央部分を越えた移動とは、駆動ワイヤー１１が中央部分へ向かう移動によって、その中央部分を挟んだ反対側へ移動することをいう。本実施例では、駆動ワイヤー１１が保持部分から中央部分側へ移動することがない。

なお、ガイド体２７は、可撓チューブ１５の各リング部２１の内周に位置させる必要はなく、例えば一つおきや可撓チューブ１５の軸線方向の中間部でのみリング部２１の内周に位置させることも可能である。

隣接するガイド体２７は、ガイド結合部２９ａ，２９ｂによって結合されている。ガイド結合部２９ａ，２９ｂは、ガイド体２７に一体に設けられ、可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ａ，２３ｂに対応した周方向の一部で隣接するガイド体２７を結合している。

本実施例のガイド結合部２９ａは、軸線方向で隣接する可撓チューブ１５のリング部２１間において、径方向で対向する可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ａ間に渡って設けられている。ガイド結合部２９ｂも、同様にチューブ結合部２３ｂ間に渡って設けられている。

これにより、ガイド結合部２９ａ，２９ｂは、径方向に延設された帯状に形成され、径方向の中央部及びその両側に肉抜き穴３５ａ，３５ｂ，３５ｃが設けられている。

また、ガイド結合部２９ａ，２９ｂは、径方向においてチューブ結合部２３ａ，２３ｂに重なる形状となっており、チューブ結合部２３ａ，２３ｂと同様、軸線方向の両端部が円弧部３７を介してガイド体２７に遷移し、リング部２１との間が接線連続となっている。

これらガイド結合部２９ａ，２９ｂは、チューブ結合部２３ａ，２３ｂと共に周方向の一側を圧縮して他側を伸長するように曲がることでガイド部１７の屈曲を可能とする。ガイド結合部２９ａ，２９ｂの曲げ剛性は、可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ａ，２３ｂの曲げ剛性よりも低く設定されている。

従って、本実施例では、少なくとも可撓チューブ１５のリング部２１間でのガイド部１７の曲げ剛性が、可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ａ，２３ｂの曲げ剛性よりも小さく設定された構成となっている。

各ガイド結合部２９ａ，２９ｂの周方向両側には、ガイド結合部２９ａ，２９ｂの曲げによるガイド部１７の屈曲を許容するガイドスリット３１が設けられている。

すなわち、ガイドスリット３１は、軸線方向で隣接するリング部２１間においてガイド結合部２９ａ，２９ｂの周方向両側に区画されている。各ガイドスリット３１は、ガイド体２７及びガイド結合部２９ａ，２９ｂの形状に応じて、角の丸い矩形状となっている。

［屈曲構造体の動作］
屈曲部７としての屈曲構造体３は、医師がロボット鉗子１を操作する際、何れか一つの駆動ワイヤー１１を引くことにより、シャフト部５側に位置する固定側に対して把持部９側に位置する可動側が屈曲する。そして、いくつかの駆動ワイヤー１１を組み合わせて引くことにより、３６０度全方位に屈曲させることが可能となる。

何れか一つの駆動ワイヤー１１を引いて屈曲させる際、可撓チューブ１５は、図６のように中立軸上に位置するチューブ結合部２３ａ，２３ｂの一方（実施例ではチューブ結合部２３ｂ）が、中立軸に対する屈曲内側部分を圧縮させると共に屈曲外側部分を伸長させるように曲がる。

チューブ結合部２３ｂが曲がると、チューブ結合部２３ｂに対する先端側のリング部２１がチューブ結合部２３ｂを支点としてチューブスリット２５を閉じるように変位する。一方で、中立軸上のチューブ結合部２３ｂから周方向に９０度ずれたチューブ結合部２３ａは、曲がらずにリング部２１の姿勢を保持する。

このように、可撓チューブ１５は、中立軸上に位置するチューブ結合部２３ｂが曲がることで全体として屈曲することになる。

この可撓チューブ１５の屈曲は、ガイド部１７によって妨げられることがない。すなわち、ガイド部１７は、可撓チューブ１５と同様にして、中立軸上に位置するガイド結合部２９ａ，２９ｂの一方（本実施例ではガイド結合部２９ｂ）が曲がることで全体として屈曲する。

このとき、ガイド結合部２９ｂは、チューブ結合部２３ｂよりも曲げ剛性が小さいため、チューブ結合部２３ｂの曲げによる屈曲の妨げとはならない。特に、本実施例のガイド部１７では、ガイド結合部２９ｂが可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ｂと対応した形状であり、可撓チューブ１５よりもヤング率が１／５０程度の大幅に小さい材料である。このため、ガイド結合部２９ｂの曲げ剛性がチューブ結合部２３ｂの曲げ剛性よりも大幅に小さく、可撓チューブ１５の屈曲の妨げとなることがない。

なお、ガイド部１７は、ガイド結合部２９ｂを省略して可撓チューブ１５のリング部２１間に位置する部分を有さないようにし、これにより可撓チューブ１５の屈曲の妨げとならないようにすることも可能である。

この場合、可撓チューブ１５のリング部２１間でのガイド部１７の曲げ剛性がゼロとなるため、可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ｂの曲げ剛性よりもガイド部１７の曲げ剛性が小さくなる。

かかる屈曲時には、ガイド部１７によって駆動ワイヤー１１を適切な位置に維持するため、医師の操作に応じて屈曲部７としての屈曲構造体３に安定且つ正確な屈曲動作を行わせることができる。

［耐荷重］
図１１は、実施例１に係る屈曲構造体３に用いられる可撓チューブ１５の荷重と屈曲角との関係を示すグラフである。

図１１では、可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ａ，２３ｂの周方向幅ｗ２を０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍとしたものにおいて、屈曲角が０度から９０度となるまで屈曲させ、その後に０度まで戻るときの荷重をプロットしている。なお、本実施例では、屈曲角が９０度のときに荷重が１０Ｎとなる線形特性を理想的な耐荷重特性を示す理想線ＩＳとしている。

チューブ結合部２３ａ，２３ｂの周方向幅ｗ２が０．２ｍｍ及び０．３ｍｍの場合は、荷重が全体として理想線ＩＳよりも低いものの、屈曲時と戻り時との間でヒステリシスが少なく線形性が高い。このため、チューブ結合部２３ａ，２３ｂの折損リスクを軽減することができ、耐荷重性が優れたものとなっている。

チューブ結合部２３ａ，２３ｂの周方向幅ｗ２が０．４ｍｍの場合は、線形性は低下しているものの、屈曲角９０度のときの荷重が１５Ｎ程度と理想線ＩＳよりも高く、耐荷重性が優れたものとなっている。

［屈曲性］
本実施例では、図１１のように、屈曲角９０度のときに、荷重が約３Ｎ、５．５Ｎ、１５Ｎであり、チューブ結合部２３ａ，２３ｂの折損がなく、曲げ半径Ｒを約１４．３ｍｍと小さくすることができた。なお、曲げ半径Ｒは、中立軸の曲げ半径をいう（以下、同じ。）。

このように、本実施例では、屈曲構造体３の小型化を図っても、小さい曲げ半径で容易且つ確実に屈曲させることができ、屈曲性に優れたものとすることができる。

［実施例１の効果］
以上説明したように、本実施例の屈曲構造体３は、超弾性合金からなる可撓チューブ１５と、可撓チューブ１５内に配置され医療用マニピュレーターの駆動ワイヤー１１をガイドするガイド部１７とを備えている。

可撓チューブ１５は、この可撓チューブ１５の軸線方向に連設された複数のリング部２１と、軸線方向で隣接するリング部２１間を周方向の一部で結合するチューブ結合部２３ａ，２３ｂと、軸線方向で隣接するリング部２１間においてチューブ結合部２３ａ，２３ｂの周方向両側に区画されチューブ結合部２３ａ，２３ｂの曲げによる可撓チューブ１５の屈曲を許容するチューブスリット２５とを備える。

そして、ガイド部１７は、少なくとも可撓チューブ１５のリング部２１間での曲げ剛性が可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ａ，２３ｂの曲げ剛性よりも小さく設定されている。

従って、本実施例の屈曲構造体３は、超弾性合金からなる可撓チューブ１５が、複数のリング部２１を軸線方向でチューブ結合部２３ａ，２３ｂによって結合して形成され、チューブ結合部２３ａ，２３ｂの曲がることによって屈曲が可能となっている構成により、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れたものとすることができる。

しかも、本実施例の屈曲構造体３は、可撓チューブ１５がリング部２１間をチューブ結合部２３ａ，２３ｂによって結合する構成により、ねじり剛性に優れたものとすることもできる。

さらに、本実施例の屈曲構造体３は、少なくとも可撓チューブ１５のリング部２１間でのガイド部１７の曲げ剛性が、可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ａ，２３ｂの曲げ剛性よりも小さく設定されていることにより、可撓チューブ１５の屈曲を妨げることなく、駆動ワイヤー１１を適切な位置に保持し、安定且つ正確な屈曲動作を行わせることができる。

また、本実施例では、チューブ結合部２３ａ，２３ｂが軸線方向で隣接するリング部２１間を径方向で対向する周方向の二ヵ所で結合し、各リング部２１の軸線方向の一側のチューブ結合部２３ｂと軸線方向の他側のチューブ結合部２３ａとが周方向に１８０／Ｎ度、特に９０度ずれており、軸線方向の一側及び他側のチューブ結合部２３ｂ，２３ａの曲げによって異なる方向への可撓チューブ１５の屈曲を可能としている。

従って、本実施例の屈曲構造体３では、駆動ワイヤー１１の操作を通じて３６０度全方位に屈曲可能とすることができると共に屈曲の異方性を抑制することができる。

本実施例のガイド部１７は、可撓チューブよりもヤング率の小さい材料からなり、可撓チューブ１５の複数のリング部２１内周にそれぞれ位置し、駆動ワイヤー１１を挿通する挿通孔３３ａを有する円板状の複数のガイド体２７と、軸線方向で隣接するガイド体２７間を可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ａ，２３ｂに対応して周方向の一部で結合するガイド結合部２９ａ，２９ｂと、軸線方向で隣接するガイド体２７間においてガイド結合部２９ａ，２９ｂの両側に区画されたガイドスリット３１とを備える。

従って、本実施例のガイド部１７は、可撓チューブ１５に位相を合わせることができ、動作の安定性、正確性を確保できる。

図１２は、本発明の実施例２に係る屈曲構造体を示す正面図、図１３は、同平面図である。なお、実施例２では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

本実施例の屈曲構造体３は、ガイド部１７を円柱形状としたものである。なお、可撓チューブ１５は、実施例１と同構成である。

ガイド部１７は、円柱状のガイド体２７に、周方向９０度毎に駆動ワイヤー１１をガイドする溝部３３ｃが軸心方向に沿って設けられている。各溝部３３ｃは、平面視において、ガイド体２７の外周面から軸心部に向けて径方向に伸びる。軸心部には、プッシュプルケーブル１３を挿通する挿通孔３３ｂが設けられている。

かかる実施例２においても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

図１４は、本発明の実施例３に係る屈曲構造体を示す斜視図、図１５は、同側面図、図１６は、同平面図である。実施例３では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

本実施例の屈曲構造体３は、ガイド部１７を超弾性合金のコイルばねとしたものである。その他は、実施例１と同一形状である。

ガイド部１７は、コイル状の内径がプッシュプルケーブル１３の外径と同等になっており、コイル状の内周部にプッシュプルケーブル１３を挿通する構成となっている。駆動ワイヤー１１は、ガイド部１７の外周側に配置されている。

従って、本実施例では、ガイド部１７によりプッシュプルケーブル１３を適切な位置に保持しつつ駆動ワイヤー１１が中央部分を越えて極端に移動することを妨げ、安定且つ正確な屈曲動作を行わせることができる。

その他、本実施例においても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

図１７は、本発明の実施例４に係る屈曲構造体を示す斜視図、図１８は、同側面図、図１９は、同平面図である。実施例４では、実施例３と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

本実施例の屈曲構造体３は、実施例３に対し、ガイド部１７のコイル状の内外径を大きくしたものである。その他は、実施例３と同一構成である。

具体的には、ガイド部１７の内径がプッシュプルケーブル１３の外径よりも大きく、それに応じてガイド部１７のコイル状の外径も大きくなっている。

このように構成しても、実施例３と同様の作用効果を奏することができる。

図２０は、本発明の実施例５に係る屈曲構造体を示す斜視図、図２１は、同側面図、図２２は、同平面図である。実施例５では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

本実施例の屈曲構造体３は、実施例１のガイド部を第１ガイド部１７とし、この第１ガイド部１７に実施例３と同一の超弾性合金からなるコイルばね状のガイド部を第２ガイド部１８として追加したものである。その他は、実施例１と同一構成である。

第１ガイド部１７は、軸心部の挿通孔３３ｂが実施例１よりも大きい径を有している。この挿通孔３３ｂには、第２ガイド部１８が挿通されている。そして、第１ガイド部１７の挿通孔３３ａには、駆動ワイヤー１１が挿通し、第２ガイド部１８の内周部には、プッシュプルケーブル１３が挿通している。

従って、本実施例においても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

図２３は、本発明の実施例６に係る屈曲構造体の可撓チューブを示す一部拡大正面図である。実施例６では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

本実施例では、実施例１に対し、可撓チューブ１５のリング部２１の形状を変更したものである。なお、ガイド部１７は、実施例１と同様、可撓チューブ１５に対応した形状とすればよいが、実施例２のように円柱形状、実施例３及び４のようにコイルばね状、実施例５のように可撓チューブ１５に対応した形状のガイド部にコイルばね状のガイド部を組み合わせたもの、或は他の形状を採用することも可能である。

各リング部２１は、周方向一部がチューブスリット２５を周方向の中間部で軸線方向に狭めるように軸線方向に偏倚している。具体的には、リング部２１が平行部２１ａと傾斜部２１ｂとで構成されている。平行部２１ａには、チューブ結合部２３ａ，２３ｂが一体に設けられている。

図２４は、変形例に係る屈曲構造体の可撓チューブを示す一部拡大正面図である。

変形例のリング部２１は、図２３の実施例６とは逆に、チューブスリット２５を周方向の中間部で軸線方向に拡げるように、ウェーブ形状を有している。

かかる実施例６及び変形例でも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

図２５は、本発明の実施例７に係る屈曲構造体の可撓チューブを示す一部拡大正面図である。実施例７では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

本実施例の屈曲構造体３は、実施例１に対し、可撓チューブ１５のチューブ結合部２３ａ，２３ｂの数を変更したものである。なお、ガイド部１７は、実施例１と同様、可撓チューブ１５に対応した形状とすればよいが、実施例２のように円柱形状、実施例３及び４のようにコイルばね状、実施例５のように可撓チューブ１５に対応した形状のガイド部にコイルばね状のガイド部を組み合わせたもの、或は他の形状を採用することも可能である。

本実施例では、隣接するリング部２１間において、チューブ結合部２３ａ，２３ｂが周方向６０度毎に三つ配置されている。

このようにチューブ結合部２３ａ，２３ｂの数を変更しても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

１ ロボット鉗子（医療用マニピュレーター）
３ 屈曲構造体
１５ 可撓チューブ
１７ ガイド部
２１ リング部
２３ａ，２３ｂ チューブ結合部
２５ チューブスリット
２７ ガイド体
２９ａ，２９ｂ ガイド結合部
３１ ガイドスリット

Claims (4)

1. 超弾性合金からなる可撓チューブと、
   前記可撓チューブ内に配置され医療用マニピュレーターの駆動ワイヤーをガイドするガイド部とを備え、
   前記可撓チューブは、該可撓チューブの軸線方向に連設された複数のリング部と、前記軸線方向で隣接するリング部間を周方向の一部で結合するチューブ結合部と、前記軸線方向で隣接するリング部間において前記チューブ結合部の周方向の両側に区画され前記チューブ結合部の曲げによる前記可撓チューブの屈曲を許容するスリットとを備え、
   前記ガイド部は、少なくとも前記可撓チューブのリング部間での曲げ剛性が前記可撓チューブの前記チューブ結合部の曲げ剛性よりも小さく設定された、
   ことを特徴とする医療用マニピュレーターの屈曲構造体。
2. 請求項１記載の屈曲構造体であって、
   前記チューブ結合部は、前記軸線方向で隣接するリング部間を径方向で対向する周方向の二ヵ所で結合し、
   各リング部の前記軸線方向の一側のチューブ結合部と前記軸線方向の他側のチューブ結合部とが周方向に１８０／Ｎ度ずれており、前記軸線方向の一側及び他側の前記チューブ結合部の曲げによって異なる方向への前記可撓チューブの屈曲を可能とし、
   Ｎは、２以上の整数である、
   ことを特徴とする屈曲構造体。
3. 請求項１又は２記載の屈曲構造体であって、
   前記ガイド部は、前記可撓チューブの少なくとも中央部分に配置され、前記中央部分を越えて前記駆動ワイヤーが移動することを抑制する、
   ことを特徴とする屈曲構造体。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の屈曲構造体であって、
   前記ガイド部は、
   前記可撓チューブよりもヤング率の小さい材料からなり、
   前記可撓チューブの前記複数のリング部内周にそれぞれ位置し、前記駆動ワイヤーを挿通する挿通孔を有する円板状の複数のガイド体と、
   前記軸線方向で隣接するガイド体間を前記可撓チューブの前記チューブ結合部に対応して周方向の一部で結合するガイド結合部と、
   前記軸線方向で隣接するガイド体間において前記ガイド結合部の両側に区画されたスリットと、
   を備えたことを特徴とする屈曲構造体。

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