JP2020151046A - 鉗子用樹脂製アーム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来樹脂製アームと同じ樹脂を、同じ量を用いて、しかも高強度・低変形の鉗子用樹脂製アームを提供することにある。【解決手段】 本発明の鉗子用樹脂製アームは、枢軸４を中心にして開閉揺動自在となる第一アーム１と第二アーム２において、第一・第二アームは合成樹脂製であり、各アームは中心部に嵌合部１４，２４を備え、該嵌合部より前方側柄部１ａ，２ａの先部に把持部１１，２１を、嵌合部より後方側柄部１ｂ，２ｂの尾部に握り部１３，２３を各々備え、握り部の相対向側に、第一・第二アームの閉じ方向側に作動するラチェット機構９を備え、前方側柄部と後方側柄部の少なくとも一方の長手方向に直交する断面形状８が五角形〜八角形の多角形５又は菱形７であることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、主に医療分野等で使用される鉗子に用いる合成樹脂製アーム（以下、樹脂製アームとする。）に関するもので、一対のアームは、中心部を相互に交差し、該交差部を枢軸にて離反不能に且つ回動自在に保持するもので、アーム先部に把持部を、アーム後部に前記把持部を開閉操作するための握り部を備えている。

医療分野等で使用される代表的な医療用鉗子は、図１と図２の如く一対のアーム先部に設けた把持部にて患者（以下、負傷者を含む。）の血管を挟んで止血したり、生体組織を採取し、或いは把持部にて消毒綿を保持し、消毒綿で切開部分やその周囲を消毒する等の目的で使用されている。
この医療用鉗子には、樹脂製アーム又は金属製アームが用いられている。その内、金属製アームを用いる鉗子にあっては、十分な強度を備えていることから、操作による変形（たわみ、ねじれ等）を考量する必要はなく、反復使用されるものであったが、反復使用するための維持保管を必要とした。（特許文献１，５）

他方、従来の樹脂製鉗子は、一対の合成樹脂製アーム（以後、従来樹脂製アームとする。）を交差し、その交差部を金属製ピンで枢軸するものであるが、使用時に図９の如く力が加わると、枢軸より先端までのアーム長さ、或いは枢軸より後端までのアーム長さが長くなる程、アームの各部位が単独／及び又は複合的にたわんだり、捩じれたり等の変形をすることがあった。
これらの変形を緩和するため、或いは十分な強度を確保するために、例えば、合成樹脂（主にナイロン）にガラス繊維等の添加物を加えた樹脂製アーム（以後、強化樹脂製アームとする。）を用いて構成する鉗子も様々に工夫され、使用されるに至っている。
（特許文献２，３，４）

特許第５６３３８７７号 特許第４２９９３４５号 特許第４４１１２２７号 特許第５３２８４２１号 実開平０７−２７５９２号

金属製アームを用いた鉗子にあっては、アームが十分な強度を有しているため、確実に把持して容易に開閉操作し得るし、反復使用し得る利点はあるものの、使用毎に洗浄、滅菌、消毒、乾燥等を繰り返さなければならず、緊急時の患者に対する手術、治療等に極めて不便であるばかりか、金属製であるが故に錆を発生する大きな問題点もあった。
錆の発生を防ぐために、材料にステンレスを用いることも試みられているが、高価になる問題点があった。

従来樹脂製アームにあっては、アーム長さが長くなるほど、操作時に変形を生じやすくなる問題点があった。その変形は、主に把持方向と、把持方向に対して垂直方向に大きくたわんだり、ねじれとして発生する。この現象は合成樹脂の種類（性質）によって異なるし、同じ種類の合成樹脂であっても、アーム長さと肉厚に左右されるものであった。
また、強化樹脂製アームは、合成樹脂に添加物としてガラス繊維を加えているため、剛性は改善されるものの衝撃値が低下し、割れや欠損する等の深刻な問題もあるし、その生産金型の消耗も早くなる結果、高価に成る問題もあった。

そこで本発明は、従来樹脂製アームと同じ合成樹脂を用い、しかも樹脂の使用量も同じでありながら剛性を向上し得ないものかと工夫を重ねた結果、その問題点を改善した高強度・低変形の鉗子用樹脂製アームを発明するに至ったものである。

上記目的を達成するために、本発明の鉗子用樹脂製アーム（以下、樹脂製アームとする。）は、請求項１として、枢軸を中心にして開閉揺動自在となる第一アームと第二アームにおいて、第一・第二アームは合成樹脂製であり、各アームは中心部に嵌合部を備え、該嵌合部より前方側柄部の先部に把持部を、嵌合部より後方側柄部の尾部に握り部を各々備え、握り部の相対向側に、第一・第二アームの閉じ方向側に作動するラチェット機構を備え、少なくとも前方側柄部と後方側柄部の長手方向に直交する断面形状が五角形〜八角形の多角形であることを特徴とする。

ここで樹脂製アームとは、鉗子を構成する合成樹脂製のアームを言い、鉗子とは、本発明の樹脂製アーム（第一アームと第二アーム）を用いて構成するもので、第一・第二アームの中心部を交差し、その交差部を枢軸にて離脱不能に、且つ開閉揺動自在に保持するペンチ状のものを言い、特に手術等で使用する医療器具、緊急時に使用する医療用器具の鉗子や摂子等を言う。
ここで第一アームとは、中心部に嵌合部を備え、該嵌合部より前方側に前方側柄部を、その先部に把持部を備え、嵌合部より後方側に後方側柄部を、その尾部に握り部を備えるものを言い、第二アームとは、第一アームと略対象形を成し、第一アームと一対を成すものを言う。以後、第一アームの説明には第二アームを含むものとする。
ここで枢軸とは、向かい合って嵌合する嵌合部を離脱不能に、且つ一対のアームの開閉揺動を自在に支承するものを言う。

ここで嵌合部とは、第一アームの中心部に設ける第一嵌合部と、第二アームの中心部に設ける第二嵌合部を言い、第一・第二アームの中心部において相対するようにアーム肉厚さの１／２まで凹欠し、向かい合って嵌合するものを言う。
ここで把持部とは、一対のアームの前方側柄部の先部に設けるもので、前方側柄部から先端に向けて先細となる先細タイプと、前方側柄部の先部において輪状を成すリングタイプがあり、先細タイプは主に患者（以下、負傷者を含む。）の血管を挟んで止血したり、或いは生体組織を採取する際に用い、リングタイプは主に消毒綿を把握して切開部分やその周囲を消毒等する際に用いる。
ここで握り部とは、一対のアームの後方側柄部の尾部から開放揺動側に突出し、略左右対称形状を成すもので、一対のアームを開閉揺動する際に手指を掛ける部位を言い、例えば第一アームの握り部に親指を、第二アームの握り部の外側に人指し指を、該握り部の中に中指を掛け、一対のアームを開閉操作するものを言う。

請求項２は、請求項１に記載の樹脂製アームにおいて、多角形の断面形状が、主に直交する二方向からの力と、複合的に加わる多方向の力にも変形しにくい六角形であることを特徴とする。
請求項３は、請求項１に記載の樹脂製アームにおいて、少なくとも前方側柄部と後方側柄部の長手方向に直交する断面形状が多方向の力にも変形しにくい菱形であることを特徴とする。
請求項４は、請求項１,２または３に記載の樹脂製アームにおいて、把持部と握り部と嵌合部、及びラチェット機構を構成する第一腕部と第二腕部の少なくとも一つの断面形状を五角形〜八角形の多角形及び菱形に形成したことを特徴とする。

ここで前方側柄部とは、嵌合部と把持部に連続するものを言い、後方側柄部とは、嵌合部と握り部に連続するものを言う。
ここで断面形状とは、例えば、前方側柄部と後方側柄部の長手方向に対し直角に横断する位置を言う。
ここで五角形〜八角形の多角形とは、五画形、六画形、七画形、八画形を言い、正五画形、正六画形、正七画形、正八画形は勿論、その変形も含まれる。
ここで菱形とは、中心を通る垂直方向の高さと、中心を通る水平方向の長さが相違するもので、高さ＜長さの関係にあるものを言う。
ここでラチェット機構とは、第一腕部と第二腕部に設けたラチェット歯部によって一対のアームの一方向への開閉を困難にし、他方向への開閉を容易にするものを言う。

本発明による樹脂製アームは、上記のとおりであるから、次に記載する効果を発揮する。
請求項１の樹脂製アームは、広く使用されている合成樹脂を用いて形成するものであるが、少なくとも前方側柄部と後方側柄部の断面形状を五角形〜八角形の多角形としたことにより、従来樹脂製アームより著しく強靭になる。その結果、金属製鉗子より軽量化し得るし、従来樹脂製アームと同様に歩留まりを高めながら簡単に量産化できるばかりか、安価に提供し得る。
特に、柔らかな生体組織をつまんでも、生体組織を傷付けることなく力強く把持し得る。即ち、止血などの把持動作を実現しながら、生体組織を安全な範囲で把持し得る。その結果、緊急時（災害、事件、紛争等）における負傷者に対する手術、治療等に使用すれば、極めて有益である。

請求項２の樹脂製アームは、請求項１に記載の特徴に加えて、多角形の断面形状を耐久力に強いと言われるハニカム構造の六角形にしたことにより、樹脂の持つしなやかさ（割れ難さ）を活かしながら、課題となっている強度を改善することに成功したものである。即ち、断面形状を六角形にすることで、応力、曲げ弾性率が現行形状の略２倍に向上し、強化樹脂製アームに近い強度を得ることができた。
その結果、矩形断面形状を成す従来樹脂製アームと同じ樹脂材を、同じ使用量で形成しても強靭にし得る。
また、強化樹脂製アームの如く、補強を目的としたフィラー（ガラス繊維等）の添加が不要になる。その結果、金型の消耗、成形機部品の消耗、樹脂本来の性能を低下させる等の弊害を回避したり、或いは緩和し得る等の効果が期待し得るし、製品設計上の選択肢が広がり、高品質、高性能、低コスト製品が作りやすくなる。

請求項３の樹脂製アームは、請求項１に記載の特徴に加えて、断面形状を菱形にしたことにより、耐久力が従来樹脂製アームより著しく向上するものと思われる。
請求項４の樹脂製アームは、請求項１,２および３に記載の特徴に加えて、例えば、把持部の一部又は全部を多角形にすれば、従来把持部より強靭になるので、その分、管の挟持、生体組織の採取、消毒綿の保持等が容易になる。
また、握り部の一部又は全部を多角形にすれば、例え濡れた手（手袋を含む。）で握り部を握って開閉操作しても、滑ることなく操作し得る。
更に、嵌合部の一部又は全部を多角形にすれば、一対の樹脂製アームを強力に枢軸し得るばかりか、前方側柄部から後方側柄部までを多角形に成形し得るので、樹脂製アームの成形が容易になる。

樹脂製アームを用いた鉗子の概略正面図である。 その分離状態における概略正面図である。 本発明樹脂製アームにおける要部で、五角形〜八角形（イ）（ロ）（ハ）（ニ）を成す多角形の拡大端面図である。 本発明樹脂製アームの第一実施形態（六角形）の柄部拡大端面図（イ）と、従来樹脂製アーム（矩形）の柄部拡大端面図（ロ）である。 試験用樹脂製アームの要部斜視図で、（イ）は試料乙を、（ロ）は試料甲を、（ハ）は試料丙を示す。 試料の試験状態を示す斜視図である。 本発明樹脂製アームの第二実施形態（菱形）の柄部拡大端面図である。 多角形及び菱形の角部拡大図である。 従来樹脂製アームの使用時における変形例を示す斜視図である。

以下、本発明による鉗子用合成樹脂製アーム（以下、樹脂製アームとする。）を用いた鉗子の基本形態を説明すると、鉗子１０は図１と図２の如く、第一アーム１の中心部に設けた第一嵌合部１４と、第二アーム２の中心部に設けた第二嵌合部２４とを向かい合せの状態で交差嵌合し、その交差部を枢軸４にて離反不能に且つ開閉揺動自在に保持するものである。
鉗子１０を構成する第一アーム１は、図２の如く第一嵌合部１４より前方側柄部１ａの先部に把持部１１を、嵌合部１４より後方側柄部１ｂの尾部に握り部１３を備え、第二アーム２は、上記第一アーム１と略対称形状を成しており、両アーム１，２は、握り部１３，２３の相対向側に、第一・第二アーム１，２の閉じ方向側に作動するラチェット機構９を備えている。

第一アーム１の中心部に設ける第一嵌合部１４は、第二アーム２に向けて段状に食い込み、第一アーム１の中心部に設ける第二嵌合部２４は、第一嵌合部１４に向けて段状に食い込み、その食い込み深さは、各々アーム厚さの１／２であり、第一嵌合部１４と第二嵌合部２４を向かい合せの状態で交差嵌合し、その交差部を枢軸４にて離反不能に且つ開閉揺動自在に保持するものである。
本発明の樹脂製アームの成形に用いる合成樹脂として、主にコポリエステル樹脂の例えば商品名トライタン（以下、トライタンとする。）を用いる。

次に、本発明による樹脂製アームの第一実施形態を説明すると、少なくとも第一アーム１の第一嵌合部１４から第一把持部１１までの前方側柄部１ａと、第一嵌合部１４から第一第一握り部１３までの後方側柄部１ｂの長手方向に直交する断面形状８を、図３（イ）（ロ）（ハ）（ニ）の如く正五角形〜正八角形の多角形５に形成する。（以後、第一アーム１の説明には第二アーム２も含むものとする。）
多角形５の強度を試験するため、五角形、六角形、七角形、八角形の四種類を製造して試験することが望ましいが、四種類の内、主に直交する二方向からの力と、複合的に加わる多方向の力にも変形しにくいと思われる図４（イ）の如く六角形６を採用した。
尚、第二アーム２は第一アーム１と略対称形状を成すので、第一アーム１と同等の測定値が得られるものとして、試験を省略した。

本発明による樹脂製アームと他の樹脂製アームとの比較
試料甲＝本発明の樹脂製アームの一部（図５（イ）の如く断面形状８が六角形６を成すアーム柄部）
試料乙＝従来樹脂製アームより切断した一部（図５（ロ）の如く断面形状８が矩形を成すアーム柄部）
試料丙＝強化樹脂製アームより切断した一部（試料乙と同じ断面形状８が矩形を成すアーム柄部）
上記試料甲・乙・丙の詳細を表１に示す。

≪試料の曲げ試験≫
試験機２０（長瀬産業株式会社製）
図６の如く、表面が水平状態にある基盤２１の上に、少なくとも上下面が平滑なブロック状の金属製左台２２と金属製右台２３（以下、左台２２、右台２３とする。）を４０ｍｍ離して配置し、その左右台２２，２３を移動不能にしっかり固定しておく一方、左台２２と右台２３の中間位置（２０ｍｍ）の上方から下方に向けて上下動するプレス２４を配置している。
プレス２４は、少なくとも５００ｇまで一定間隔で加圧し得る。
その他、試料の湾曲状態を計測する測定器を準備しておく。

≪試料甲の試験≫
１）試料甲の左右端部を試験機２０の左台２２と右台２３の上に載置する。その際、六角形６の上平面６ａを上にし、下平面６ｂを下にして左右台２２，２３の上に載置する。
２）左右台２２，２３間に掛け渡した試料甲の中間に上方から下方に向けてプレス２４を下降し、重力方向の荷重を加える。
３）荷重は５０ｇ〜３００ｇまで、５０ｇ間隔で増加し、その変形量を計測する。
≪試料乙の試験≫
前記試料甲と同様に、両端部を左右台２２，２３の上に載置し、その中間に重力方向の荷重を加える。
≪試料丙の試験≫
前記試料甲・乙と同様に、両端部を左右台２２，２３の上に載置し、その中間部に重力方向の荷重を加える。

試験結果、曲げ試験（ｎ＝６の平均値）における最大応力（Ｍｐａ）と曲げ弾性率（Ｍｐａ）、及び３００ｇ荷重時の変形率（％）を求めた所、表２の如く結果が得られた。
表２の最大応力をグラフで示す（表３）。
また、表２の曲げ弾性率をグラフで示す（表４）。
更に、表２の３００ｇ荷重時の変形量をグラフで示す（表５）。

試料丙の変形量を１００％とした場合、試料甲・乙の２００ｇ、２５０ｇ、３００ｇ荷重時における変形量を求めた所、表６の如く結果が得られた。
表６をグラフで示す（表７）。

試験結果から、試料甲が試料乙より格段に強靭で、試料丙に近いことが分かる。
その原因として、耐久力に強いと言われるハニカム構造の六角形を成していること。
また、図４（イ）の如く、六角形６の上平面６ａを上に、下平面６ｂを下にした状態で、両平面６ａ，６ｂの一端に接続し、Ｘ―Ｘ軸を基準にして対称する斜面６ｃ，６ｄを二辺とする三角部６１（ハッチング部）が、補強リブの如く作用を成すためと思われる。

本発明による樹脂製アームの第二実施形態を、第一実施形態と相違する点について説明すると、少なくとも前方側柄部１ａと後方側柄部１ｂの断面形状８を図７の如く菱形７と成すものであり、図の如く中心を通る垂直方向の高さＴと、中心を通る水平方向の長さＨは、高さＴ＜長さＨの如く相違するものである。
菱形７は、Ｘ―Ｘ軸を基準にして対称を成す右上向斜面７ｃと右下向斜面７ｄ、及び左上向斜面７ｅと左下向斜面７ｆ、Ｙ−Ｙ軸を基準にして対称を成す右上向斜面７ｃと左上向斜面７ｅ、及び右下向斜面７ｄと右下向斜面７ｆから成る。
右上向斜面７ｃと右下向斜面７ｄの交点を頂点とする三角部７１（ハッチング部）、左上向斜面７ｅと右下向斜面７ｆの交点を頂点とする三角部７１（ハッチング部）、及び右上向斜面７ｃと左上向斜面７ｅの交点を頂点とする三角部７２（ハッチング部）、右下向斜面７ｄと右下向斜面７ｆの交点を頂点とする三角部７２（ハッチング部）が、前記六角形６の三角部６１と同様に補強リブの如く成る。

本発明による樹脂製アームの実施形態において、第一把持部１１と第二把持部２１を、つかみ面（図示せず。）を相対設しているものとしたが、つかみ面の代わりに周知のリング状把持部（図示せず。）を備え、リング状把持部にて消毒液を含んだ綿球を挟み、切開部分及びその周囲の体表を消毒することも可能である。
即ち、第一・第二把持部１１，２１は使用目的に応じて任意の形状を採用することができる。

本発明による樹脂製アームの材質として、実施形態においてコポリエステル樹脂の商品名トライタンを用いたのは、従来から多用されているＰＡ（ナイロン）ＰＣ（ポリカボネート），ＰＭＭＡ（アクリル），ＡＢＳ等に比べて極めて衝撃に強く、また割れにくいためである。
しかし、同材料に限定されるものではなく、例えばポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）、ＰＥ（ポリエチレン樹脂）等を用いることも可能である。

実施形態においては樹脂製アームの断面形状８を正五角形〜正八角形の多角形５としたが、略五角形〜略八角形を成しておれば良い。
また、多角形５（六角形６を含む。）と菱形７の各角部１５，１６，１７の先端部を図８の如くアールに成形し、特に鋭角を成す先端部の角部１５，１６，１７にあっては、アールに成形することが望ましい。即ち、鋭角をアールに形成することによって、鉗子を取り扱う術者の手指を傷つけることもないし、鉗子が触れる血管、生体組織、切開部分やその周囲等を傷つけることもない。
実施形態においては前方側柄部１ａ，２ａと後方側柄部１ｂ，２ｂの断面形状８を五角形〜八角形の多角形５又は菱形７と成したが、対を成す把持部１１，２１、握り部１３，２３、嵌合部１４，２４、及びラチェット機構９を構成する第一腕部９１と第二腕部９２の少なくとも一対の断面形状８を五角形〜八角形の多角形５又は菱形７に形成することも可能である。

ラチェット機構９は、図２の如く第一アーム１の第一嵌合部１４から第一握り部１３から第二アーム２の第二握り部２３に向けて突出する第一腕部９１と、第二アーム２の第二握り部２３から第一アーム１の第一握り部１３に向けて突出し第一腕部９１の片面に重なり得る第二腕部９２とから成り、第一腕部９１と第二腕部９２の相対向面に、一対のアーム１，２を閉じ方向に揺動した際に噛み合うラチェット歯列（図示せず。）を備え、閉じた状態に保持する。

１ 第一アーム、２ 第二アーム
１ａ 前方側アーム柄部、１ｂ 後方側アーム柄部
２ａ 前方側アーム柄部、２ｂ 後方側アーム柄部
１１ 第一把持部、２１ 第二把持部
１３ 第一握り部、２３ 第二握り部
１４ 第一嵌合部、２４ 第二嵌合部
４ 枢軸
５ 多角形（五角形〜八角形）、１５，１６，１７ 角部
６ 六角形、６ａ，６ｂ 平面、６ｃ，６ｄ 斜面
７ 菱形、７ｃ，７ｄ，７ｅ，６ｆ 斜面
６１，７１，７２ 三角部
８ 断面形状
９ ラチェット機構、９１ 第一腕部、９２ 第二腕部
１０ 鉗子
２０ 試験機
２１ 基盤
２２ 左台、２３ 右台
２４ プレス
Ｔ 菱形における垂直方向の高さ
Ｈ 菱形における水平方向の長さ

Claims (4)

1. 枢軸（３）を中心にして開閉揺動自在となる第一アーム（１）と第二アーム（２）において、
   第一・第二アーム（１，２）は合成樹脂製であり、各アーム（１，２）は中心部に嵌合部（１４，２４）を備え、該嵌合部（１４，２４）より前方側柄部（１ａ，２ａ）の先部に把持部（１１，２１）を、嵌合部（１４，２４）より後方側柄部（１ｂ，２ｂ）の尾部に握り部（１３，２３）を各々備え、握り部（１３，２３）の相対向側に、第一・第二アーム（１，２）の閉じ方向側に作動するラチェット機構（９）を備え、
   少なくとも前方側柄部（１ａ，２ａ）と後方側柄部（１ｂ，２ｂ）の長手方向に直交する断面形状（８）が五角形〜八角形の多角形（５）であることを特徴とする鉗子用樹脂製アーム。
2. 多角形（５）の断面形状（８）が、主に直交する二方向からの力と、複合的に加わる多方向の力にも変形しにくい六角形（６）であることを特徴とする請求項１に記載の鉗子用樹脂製アーム。
3. 少なくとも前方側柄部（１ａ，２ａ）と後方側柄部（１ｂ，２ｂ）の長手方向に直交する断面形状（８）が多方向の力にも変形しにくい菱形（７）であることを特徴とする請求項１に記載の鉗子用樹脂製アーム。
4. 把持部（１１，２１）と握り部（１３，２３）と嵌合部（１４，２４）、及びラチェット機構（９）を構成する第一腕部９１と第二腕部９２の少なくとも一つの断面形状（８）が五角形〜八角形の多角形（５）であることを特徴とする請求項１,２または３に記載の鉗子用樹脂製アーム。