JP2025167883A - ジョー組立体及びその把持面構造 - Google Patents

Abstract

【課題】挟持力を大きくしなくても、より確実に把持面間で可撓の線材を把持可能とするジョー組立体を提供する。
【解決手段】ジョー組立体１は、一組のジョー３及び５の把持面３ａ及び５ａにそれぞれ相互に噛み合い可能に突出し把持面３ａ及び５ａを横断する方向で不連続の複数の凸部９及び１１と、横断する方向に対する交差方向で隣接する凸部９及び１１間に形成された複数の谷部１６と、横断する方向で隣接する谷部１６間に形成され谷部１６に対する複数の凹部１３と、を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットやマニピュレーター等に供するジョー組立体及びその把持面構造に関する。

従来のジョー組立体としては、例えば特許文献１に記載の手術器具がある。この手術器具は、開閉可能な一対の顎（ジョー）を有する。これらジョーには、閉じ状態の相互間で把持を行う把持面を有する。把持面には、相互に噛み合う複数の凸部を備えている。各把持面において、隣接する凸部間には、把持面を横断する方向に沿って直線的な溝が形成されている。

かかる手術器具では、一方のジョーの把持面の溝の底部と他方のジョーの把持面の凸部の頂部との間等で縫合糸等の可撓の線材を挟持可能とする。この挟持によって、一対のジョーで線材を把持することができる。

しかし、直線的な溝の底部と凸部の頂部との間に線材を位置させて挟持すると、線材に対する把持力が把持面間の挟持力にのみ依存する。従って、把持面間の挟持力によっては、溝及び凸部に沿って把持状態の線材が滑るおそれがある。

この線材の滑りを抑制するには把持面間の挟持力を大きくすればよいが、挟持力を大きくすることが困難な場合もある。

このような問題は、各種機器において可撓の線材の把持において共通する。

特表２０１９－５１８５８０号公報

解決しようとする問題点は、把持面間で挟持力を大きくすることなく可撓の線材を把持するには限界があった点である。

本発明は、閉じ状態で線材を把持可能な把持面を有する一組のジョーと、前記一組のジョーの把持面にそれぞれ相互に噛み合い可能に突出し前記把持面を横断する方向で不連続の複数の凸部と、前記横断する方向に対する交差方向で隣接する凸部間に形成された複数の谷部と、前記横断する方向で隣接する谷部間に形成され前記谷部に対する複数の凹部と、を備えたジョー組立体を提供する。

また、本発明は、閉じ状態で線材を把持する一組のジョーに適用される把持面構造であって、前記線材を把持するための把持面と、前記把持面から突出し前記把持面を横断する方向で不連続の複数の凸部と、前記複数の凸部の隣接する凸部間に形成された複数の谷部と、前記複数の谷部の隣接する谷部間に形成され前記谷部に対する複数の凹部と、を備えた把持面構造を提供する。

本発明は、挟持力を大きくしなくても、より確実に把持面間で可撓の線材を把持することを可能とする。

図１は、本発明の実施例に係るジョーの斜視図である。 図２は、図１のジョーの一部を示す拡大斜視図である。 図３は、図１のジョーを用いたジョー組立体の一部を示す側面図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に係る斜視断面図である。 図５は、図３のＶ－Ｖ線に係る断面図である。 図６は、把持状態における図３のジョー組立体の一部を示す側面側から見た斜視図である。 図７は、図１のジョーの把持面と縫合糸との関係を示す正面図である。 図８は、図１のジョーの把持面と縫合糸との関係を示す正面図である。 図９は、比較例に係るジョーの斜視図である。 図１０は、比較例に係るジョーの一部を示す側面図である。 図１１は、実施例に係るジョー組立体の把持力の実験状態を示す説明図である。 図１２（Ａ）～図１２（Ｄ）は、異なる方向の縫合糸をジョー組立体の異なる部分で把持したときの実験状態の一部を示す説明図である。 図１３は、図１２（Ａ）～図１２（Ｄ）のジョー組立体の把持力の実験データを示す図表である。

挟持力を大きくしなくても、より確実に把持面間で可撓の線材を把持可能とするという目的を、一組のジョーの把持面間で相互に噛み合い可能に突出した不連続の複数の凸部間の谷部に対して隣接する凹部を設けることで実現した。

ジョー組立体１は、一組のジョー３及び５と、複数の凸部９及び１１と、複数の谷部１６と、複数の凹部１３とを備える。ジョー３及び５は、閉じ状態で線材１５を把持可能な把持面３ａ及び５ａを有する。複数の凸部９及び１１は、一組のジョー３及び５の把持面３ａ及び５ａにそれぞれ相互に噛み合い可能に突出し、把持面３ａ及び５ａを横断する方向で不連続となっている。複数の谷部１６は、横断する方向に対する交差方向で隣接する凸部９及び１１間に形成される。複数の凹部１３は、横断する方向で隣接する谷部１６間に形成され、谷部１６に対する凹部となっている。

複数の凸部９及び１１は、それぞれ突出方向の先端に収束するように傾斜した斜面９ａ及び１１ａを有し、一組のジョー３及び５間で相互に噛み合う凸部９及び１１の斜面９ａ及び１１ａ間で線材１５を挟持してもよい。

交差する方向で谷部１６の両側では、線材１５を挟持する凸部９の斜面９ａ及び１１ａが逆向きに傾斜してもよい。

各凸部９及び１１は、錐体状であるのが好ましく、さらに好ましくは四角錐状とする。四角錐状の凸部９及び１１の辺は、横断する方向に沿うのが好ましい。

［ジョー組立体］
図１は、本発明の実施例に係るジョーの斜視図である。図２は、図１のジョーの一部を示す拡大斜視図である。図３は、図１のジョーを用いたジョー組立体の一部を示す側面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に係る斜視断面図である。図５は、図３のＶ－Ｖ線に係る断面図である。

ジョー組立体１は、医療や産業等の各種分野におけるロボット、マニピュレーター、及びその他の機器に適用されるものである。本実施例において、ジョー組立体１は、手術支援ロボットや手術支援マニピュレーター等に用いられる鉗子である。

このジョー組立体１は、シャフト１７に屈曲部１９を介して支持されている（図１１参照）。屈曲部１９の屈曲により、ジョー組立体１は、適宜の向きに指向することができるようになっている。

ジョー組立体１では、一組のジョー３及び５（図３～図５）が支持部７に回転自在に支持されている。この支持により、一組のジョー３及び５は、相互間が開閉可能に構成されている。

一組のジョー３及び５は、その閉じ状態で、相互間に線材である縫合糸１５（図６参照）等の把持が可能な把持面３ａ及び５ａを有する。把持面３ａ及び５ａは、ジョー３及び５の閉じ状態で相互に合わせられる面である。

なお、本実施例において、縫合糸１５は、把持面３ａ及び５ａを横断した状態で把持される。縫合糸１５が把持面３ａ及び５ａを横断する方向は、把持面３ａ及び５ａの長手方向（図１の上下方向）に対して交差する方向、つまり斜め方向（図１の斜め方向）及び幅方向（図１の左右方向）をいう。斜め方向は、本実施例において、長手方向に対して４５度傾いた方向である。縫合糸１５が幅方向に横断する際は、後述するように幅方向に対して縫合糸１５がジグザグ形状となるが（図７参照）、把持面３ａ及び５ａ間に位置する縫合糸１５の始点と終点とでなす方向を横断する方向とすればよい。

なお、一組のジョーは、本実施例において一対のジョー３及び５で構成されているが、３本のジョー或いはそれ以上のジョーで構成することも可能である。この場合、周方向等で隣接するジョー間に把持面が設けられる。例えば、３本のジョーを設ける場合、周知の３爪チャック等のように周方向に３本のジョーを配置し、各ジョーに二つの把持面を備える。各ジョーの二つの把持面は、それぞれ周方向で隣接するジョーの把持面に合わせられる構成となる。

一組のジョー３及び５の把持面３ａ及び５ａは、それぞれ先端に向けて漸次幅が狭くなるように形成されている。これら把持面３ａ及び５ａには、それぞれ複数の凸部９及び１１が突出している。従って、各把持面３ａ及び５ａは、凸部９及び１１を有することによって凹凸面として構成されている。把持面３ａ及び５ａの凸部９及び１１は、ジョー３及び５の閉じ状態で相互に噛み合うようになっている。

各把持面３ａ及び５ａの複数の凸部９及び１１は、噛合う構成である点（凸部９の位置がずれている点）以外は同一構成である。従って、これら把持面３ａ及び５ａの凸部９に関しては、基本的に一方の把持面３ａの凸部９について説明し、他方の把持面５ａの凸部１１については、括弧書きで符号のみ示し、必要に応じて説明する。

図１及び図２のように、把持面３ａ（５ａ）の複数の凸部９（１１）は、把持面３ａ（５ａ）の全体に同一形状で備えられている。なお、凸部９（１１）は、同一形状で無くてもよい。複数の凸部９（１１）は、把持面３ａ（５ａ）の長手方向（図１の上下方向）及び横断する方向で不連続、つまり独立した構成となっている。これら凸部９（１１）は、それぞれ独立した状態で、把持面３ａ（５ａ）の長手方向及び幅方向で連なって配置されている。

各凸部９は、錐体状、特に四角錐状に形成されている。なお、凸部９（１１）の形状は、適宜設定可能であり、他の錐体、例えば円錐や楕円錐若しくは錘台等とすることも可能である。

各凸部９（１１）は、突出方向の先端に収束するように傾斜した斜面９ａ（１１ａ）を有する。本実施例の凸部９（１１）は、先端部９ｂ（１１ｂ）が曲率をもって先端に収束する。ただし、凸部９（１１）の先端部９ｂ（１１ｂ）は、直線的に先端に収束してもよい。

四角錐状の凸部９（１１）の辺は、斜め方向に沿っている。このため、凸部９（１１）の平面視における角部が、長手方向及び幅方向に指向している。そして、隣接する凸部９は、平面視における角部が相互に重なっている。

これにより、横断する方向に対する交差方向である長手方向において隣接する凸部９（１１）間には、複数の谷部１６が備えられている。谷部１６は、Ｖ字状に形成されている。

横断する方向において隣接する谷部１６間には、谷部１６に対する凹部１３が設けられている。凹部１３は、谷部１６を境として凸部９（１１）の突出方向とは逆に凹状に形成されている。この凹部１３は、凸部９（１１）の斜面９ａ（１１ａ）の一部と凸部９（１１）に対して更に凹状のくぼみ１４とで構成されている。なお、本実施例では、把持面３ａ（５ａ）の長手方向、幅方向、及び斜め方向において、隣接する谷部１６間に凹部１３が位置する。

一組のジョー３及び５は、相互に噛み合う凸部９及び１１の斜面９ａ及び１１ａ間で線材である縫合糸１５を把持可能とする。凸部９及び１１の斜面９ａ及び１１ａ間に加えて、対向する谷部１６間で縫合糸１５を挟み込んで把持する。

［把持］
図６は、把持状態における図３のジョー組立体の一部を示す側面側から見た斜視図である。図７は、図１のジョーの把持面と縫合糸との関係を示す正面図である。図８は、図１のジョーの把持面と縫合糸との関係を示す正面図である。

本実施例のジョー組立体１では、図６のように、一組のジョー３及び５の閉じ状態により、把持面３ａ及び５ａ間で横断する方向に伸びる可撓の線材である縫合糸１５が把持される。このとき、まず開き状態のジョー３及び５の把持面３ａ及び５ａの一方又は双方において、図７の二点鎖線及び図８の太線のように、縫合糸１５が谷部１６を橋渡すように横断する方向に直線状に伸びる状態となる。この状態で把持面３ａ及び５ａを閉じると、例えば、図６のように凸部９及び１１の斜面９ａ及び１１ａ間で縫合糸１５が挟持される。なお、図７の二点鎖線は、視認性の観点から縫合糸１５と並列に図示している。

図７のように、縫合糸１５がジョー３の長手方向に対し直交する幅方向に横断して把持されるときは、把持面３ａ及び５ａが閉じる前において幅方向に沿って谷部１６を橋渡す縫合糸１５が、把持面３ａ及び５ａの凸部９及び１１が対向する凹部１３内に進入するにつれて凸部９及び１１を迂回するように押し退けられる。

この迂回状態で縫合糸１５が斜面９ａ及び１１ａ間で挟み込まれる。これによって、縫合糸１５は、平面視においてジグザグに把持される。従って、縫合糸１５は、把持面３ａ及び５ａ間で幅方向にジグザグ状に伸びる状態となる。

同時に、ジョー３及び５の把持面３ａ及び５ａの一方において、凸部９又は１１の対向する凹部１３内への進入により、縫合糸１５が谷部１６に隣接する凹部１３内に押し込まれるか、或いは押し込まれないまでも押し込まれる方向に力が作用した状態となる。何れにしても、縫合糸１５は、谷部１６に押し付けられることになる。

従って、把持面３ａ及び５ａによる縫合糸１５の把持状態では、把持面３ａ及び５ａの挟持力を大きくしなくても、縫合糸１５の引き抜き方向の力に対する摩擦力を増加させることができる。結果として、本実施例では、より確実に把持面３ａ及び５ａ間で可撓の縫合糸１５を把持することが可能となる。

図８のように、縫合糸１５がジョー３の斜め方向に横断するように把持されるときは、把持面３ａ及び５ａが閉じる前において斜め方向に沿って谷部１６を橋渡す縫合糸１５が、斜め方向に並ぶ凸部９及び１１が対向する凹部１３内に進入することによって対向する斜面９ａ及び１１ａ間で挟持される。

このとき、縫合糸１５は、平面視において斜め方向に直線状に伸びているが、谷部１６に隣接する凹部１３内に押し込まれるか、或いは押し込まれないまでも押し込まれる方向に力が作用した状態となっている。従って、図７の場合と同様に、縫合糸１５は、谷部１６に押し付けられる。

また、斜め方向において谷部１６の両側では、縫合糸１５を挟持する凸部９及び１１の斜面９ａ及び１１ａが逆向きに傾斜している。これにより、縫合糸１５は、谷部１６の斜め方向の両側において、図８の矢印のように、斜め方向に直行する方向において逆向きに引っ張られるような状態となる。この結果、縫合糸１５は、平面視において、実質的にジグザグに把持されることになる。

従って、かかる場合においても、把持面３ａ及び５ａによる縫合糸１５の把持状態では、把持面３ａ及び５ａの挟持力を大きくしなくても、縫合糸１５の引き抜き方向の力に対する摩擦力を増加させることができる。結果として、より確実に把持面３ａ及び５ａ間で可撓の縫合糸１５を把持することが可能となる。

［実験結果］
図９は、比較例に係るジョーの斜視図である。図１０は、比較例に係るジョーの一部を示す側面図である。

図９及び図１０の比較例と実施例とについて把持力を実験により求めた。比較例は、一方のジョー３Ａ（５Ａ）の把持面３Ａａ（５Ａａ）の凸部９Ａ（１１Ａ）がジョー３Ａ（５Ａ）の長手方向、直交方向の何れにおいても重なることなく間隔を開けて配列されている。

ジョー３Ａ及び相手のジョー５Ａの閉じ状態では、斜め方向において直線的な溝１６Ａが形成されており、縫合糸１５の把持が十分ではない状況が生じ得る。把持面３Ａａ及び５Ａａ以外の構成は、比較例と実施例は同一である。

図１１は、実施例に係るジョー組立体の把持力の実験状態を示す説明図である。図１２（Ａ）～図１２（Ｄ）は、異なる方向の縫合糸をジョー組立体の異なる部分で把持したときの把持力の実験状態の一部を示す説明図である。図１３は、図１２（Ａ）～図１２（Ｄ）のジョー組立体の把持力の実験データを示す図表である。

図１１～図１３のように、実験では、ジョー組立体１で把持した縫合糸１５を引張る引張力を把持力として求めた。

この実験では、ジョー組立体１をシャフト１７に屈曲部１９を介して支持したものを用い、ジョー３及び５の開閉操作を行うプッシュプルワイヤー２１とジョー３及び５に把持した縫合糸１５とにそれぞれ荷重計２３及び２５を連結した。シャフト１７には、治具２９を取り付け、屈曲部１９を動作させないようにした。

そして、荷重計２３によりプッシュプルワイヤー２１に規定の荷重を付与して、ジョー３及び５間の６－０糸の縫合糸１５に引張力を付与し、縫合糸１５に滑りが生じるときの引張力を計測した。

ジョー３及び５に対する縫合糸１５の把持方向は、ジョー３及び５の長手方向の軸方向に対し図１２（Ａ）及び（Ｂ）の４５°、図１２（Ｃ）及び（Ｄ）の９０°の２種とした。なお、４５°の把持方向は、斜め方向であり、９０°の把持方向は幅方向である。また、ジョー３及び５に対する縫合糸１５の把持位置は、図１２（Ａ）及び（Ｃ）の根本側の歯元と図１２（Ｂ）及び（Ｄ）の先端側の歯先の２種とした。

測定結果は、図１３の図表のようになった。すなわち、４５°の把持方向では、比較例の把持力が歯先０．０２Ｎ及び歯元０．００Ｎであったのに対し、実施例の把持力が歯先１．８９Ｎ及び歯元２Ｎ以上であった。

また、９０°の把持方向では、比較例の把持力が歯先０．８２Ｎ及び歯元０．５８Ｎであったのに対し、実施例の把持力が歯先２Ｎ以上及び歯元２Ｎ以上であった。

これらより、実施例のジョー組立体１は、比較例のような直線的な溝１６Ａを通じて縫合糸１５を把持する場合と比較して、より確実に縫合糸１５を把持することができている。

以上説明したように、本実施例のジョー組立体１では、一組のジョー３及び５の把持面３ａ及び５ａにそれぞれ相互に噛み合い可能に突出し把持面３ａ及び５ａを横断する方向で不連続の複数の凸部９と、横断する方向に対する交差方向で隣接する凸部９間に形成された複数の谷部１６と、横断する方向で隣接する谷部１６間に形成され谷部１６に対する複数の凹部１３と、を備える。

従って、本実施例では、縫合糸１５を谷部１６に押し付けることができ、把持力を大きくしなくても、より確実に把持面３ａ及び５ａ間で可撓の縫合糸１５を把持することが可能となる。

複数の凸部９は、それぞれ突出方向の先端に収束するように傾斜した斜面９ａ及び１１ａを有し、一組のジョー３及び５間で相互に噛み合う凸部９の斜面９ａ及び１１ａ間で線材１５を挟持する。また、交差する方向で谷部１６の両側では、線材１５を挟持する凸部９の斜面９ａ及び１１ａが逆向きに傾斜する。

このため、本実施例では、把持状態の縫合糸１５を把持面３ａ及び５ａの平面視において横断する方向に対してジグザグ形状又は実質的にジグザグ形状とすることができ、より確実に把持面３ａ及び５ａ間で可撓の縫合糸１５を把持することが可能となる。

各凸部９は、錐体状、特に四角錘状であり、平面視における辺が横断する方向に沿っている。従って、把持状態の縫合糸１５を把持面３ａ及び５ａの平面視におけるジグザグ形状又は実質的なジグザグ形状を確実に形成することができる。

１ ジョー組立体
３、５ ジョー
３ａ、５ａ 把持面
９、１１ 凸部
１３ 凹部
１５ 縫合糸（線材）
１６ 谷部

Claims (6)

1. 閉じ状態で線材を把持可能な把持面を有する一組のジョーと、
   前記一組のジョーの把持面にそれぞれ相互に噛み合い可能に突出し前記把持面を横断する方向で不連続の複数の凸部と、
   前記横断する方向に対する交差方向で隣接する凸部間に形成された複数の谷部と、
   前記横断する方向で隣接する谷部間に形成され前記谷部に対する複数の凹部と、
   を備えたジョー組立体。
2. 請求項１のジョー組立体であって、
   前記複数の凸部は、それぞれ突出方向の先端に収束するように傾斜した斜面を有し、前記一組のジョー間で相互に噛み合う前記凸部の斜面間で前記線材を挟持する、
   ジョー組立体。
3. 請求項２のジョー組立体であって、
   前記横断する方向で前記谷部の両側では、前記線材を挟持する前記凸部の前記斜面が逆向きに傾斜する、
   ジョー組立体。
4. 請求項２又は３のジョー組立体であって、
   各凸部は、錐体状である、
   ジョー組立体。
5. 請求項４のジョー組立体であって、
   前記各凸部は、四角錘状であり、平面視における辺が前記横断する方向に沿った、
   ジョー組立体。
6. 閉じ状態で線材を把持する一組のジョーに適用される把持面構造であって、
   前記線材を把持するための把持面と、
   前記把持面から突出し前記把持面を横断する方向で不連続の複数の凸部と、
   前記横断する方向に対する交差方向で隣接する凸部間に形成された複数の谷部と、
   前記横断する方向で隣接する谷部間に形成され前記谷部に対する複数の凹部と、
   を備えた把持面構造。