JP5371497B2 - 回転力伝達機構、力量緩和装置、及び、医療用デバイス - Google Patents
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Description
本発明に係る処置用内視鏡は、処置に必要なところ、つまりアーム部の操作及び処置具の操作を行う部分を抽出した操作部と、内視鏡の操作を行う内視鏡操作部とが機能分割され、操作部を内視鏡から離れた位置で操作可能に構成されている。内視鏡操作部に操作部を内蔵させた場合には、術者が全ての操作を行わなければならないので操作が煩雑になっていたが、この実施の形態では2人の操作者を内視鏡操作と処置する操作に役割分担することが可能になり、操作が容易になる。
なお、図1では、理解を容易にするために操作部520を拡大させて図示している。
そして、内視鏡操作部502の他端部からは、長尺で可撓性を有する連結シース515が延設されており、連結シース515の端部に操作部520が設けられている。
なお、必要に応じて、左右方向の対応や上下方向の対応が逆転するように配置すると、腹腔鏡用処置具の操作に近い感覚にすることが可能である。
図2から図4に示すように、第1の操作ユニット530Aは、ベース521に固定されたブラケット551Aを有する。ブラケット551Aは、開口552Aが第1の操作ユニット530Aの中心線に略直交するように固定されている。ブラケット551Aの左右方向の側面には、第一回動機構561Aが取り付けられている。第一回動機構561Aは、ブラケット551Aの開口552Aを挟むように固定された一対の支持片562A、563Aを有し、これら支持片562A、563Aのそれぞれに回動軸564A、565Aが1つずつ配置されている。回動軸564A、565Aは、同軸に配置されており、これら一対の回動軸564A、565Aによってフレーム567Aがブラケット551に対して回動自在に支持されている。フレーム567Aは、四角形を有し、開口が第1の操作ユニット530Aの中心線に直交する向きに配置されている。フレーム567Aには、操作スティック531Aが挿入されている。操作スティック531Aは、回動軸564A、565Aの回動方向にはフレーム567Aと係合し、回動軸564A、565Aの軸線方向には独立して傾倒可能に挿入されている。
さらに、ボールローラ572Aを挟み、かつボールローラ572Aに摺接するように第二回動機構581Aのフレーム580Aが配置されている。フレーム580Aは、一対の回動軸584A、585Aによって回動自在に支持されている。一対の回動軸584A、585Aは、同軸上に配置され、その軸線は第一回動機構561Aの一対の回動軸564A、565Aと直交し、かつ第1の操作ユニット530Aの中心線とも直交するように配置されている。これら回動軸584A、585Aは、ブラケット551Aの上下方向の側面に1つずつ固定された支持片582A、583Aに回動自在に支持されている。
図6及び図7に示すように、回動軸584Aは、支持片582Aに固定される軸受け591を有する。軸受け591は、円筒の一端にフランジを形成してあり、フランジに穿設した孔にボルトを通して支持片582Aに固定される。軸受け591の筒部の内側には2つのベアリング592、593の外輪が軸線方向に離間して圧入されており、これらベアリング592、593を介して駆動軸594が軸受け591に対して回動自在に支持される。駆動軸594は、細径化された部分が軸受け591を貫通している。
チェーン622の一方の端部には、第1湾曲ワイヤ315Aが固定されている。第1湾曲ワイヤ315Aは、図1において第一アーム部302Aの第一湾曲部306を右方向に湾曲させるためのワイヤである。
一方の回動軸564Aは、回転ピン597を介して駆動軸594がフレーム567Aに回転方向に係合するように取り付けられている他は、第二回動機構581Aの回動軸584Aと同様の構成になっている。同様に、他方の回動軸565Aは、回転ピン597を介して駆動軸594がフレーム567Aに回転方向に係合するように取り付けられている他は、第二回動機構581Aの回動軸585Aと同様の構成になっている。
図5及び図6、図10に示すように、操作スティック531Aは、ボールローラ572Aが取り付けられる先端部に円筒形のシャフト701、702、703が3本束ねられるように固定されている。中央のシャフト701は、他の2つのシャフト702,703より長く、他の2つのシャフト702、703は、第1回動機構561Aのフレーム567Aに当接して回動支点となる突き当て部710までしかないのに対し、中央のシャフト701は突き当て部710を越えて延びている。
図23に示すように、処置具504Aが挿入されていないときは、図13に示すバネ791の力でスライダ711と連結板713が先端側に位置し、第1の溝718とピストン715は係合する。図25に示すように、処置具504Aが挿入されるとピストン715が処置具504Aの操作部506Aによって押し上げられる。この状態では、傾斜面718Aを係合片717Aが登れる高さになっているので、スライダ711を引くことができ、第二湾曲部308を開くことができる。これは、第二湾曲部308が開いた状態では処置具504Aの先端が通過し難いため、処置具504Aが挿入された状態でないとスライダ711を引けないようにしてある。図27に示すように、スライダ711が基端側に引かれた状態では、係合片717Aが傾斜面719Aに接している。スライダ711は、図13に示すように、後述する第2湾曲ワイヤ316A、316Bのテンションによって先端側に付勢されている。図28から図29のようにピストン715を持ち上げるため、傾斜面719Aが90°に近い角度だと強い力が必要であり、水平に近い角度だと第2湾曲ワイヤ316A、316Bのテンションで勝手にピストン715が持ち上がってスライダ711が先端側へ移動して第二湾曲部308が閉じてしまう。傾斜面719Aの角度αは、60°≦α<90°が適当である。
第2の操作ユニット530Bは、操作部520の左右方向の中心線に対して第1の操作ユニット530Aと対称な構成になっている。第2の操作ユニット530Bの構成要素は、第1の操作ユニット530Aと区別するために一部の符号に「B」を付与している。
このときの位置は、第二湾曲部308がストレートになる位置である。つまり、この処置用内視鏡501では、処置具504Aを挿入するときは、第二湾曲部308が常にストレートになる。図24に示すように、操作部506Aが第1操作スティック531Aに進入すると、ピストン715が操作部506Aの先端のカム910のテーパ面910Aによって押し上げられる。図25に示すように、ピストン715は、連結板713の第1の溝718の傾斜面718Aを登ることが可能になるので、矢印で示す方向に第2湾曲用スライダ711を操作できるようになる。
さらに、第一湾曲部306を湾曲させる場合は、内視鏡画像を確認しながら、処置具504A、504Bの操作部506A、506Bを傾ける。
図30に示すように、第2湾曲用スライダ711を操作する操作部1001A、1001Bを操作スティック531A、531Bのそれぞれの軸線と平行にブラケット551A,551Bに1つずつ固定しても良い。各操作部1001A,1001Bは、進退自在なスライダを有し、スライダを移動させると、コイルシース1002内のワイヤが進退するようになっている。図31に示すように、コイルシース1002は、ラチェットベース712に取り付けられたコイル受け1003に固定されている。コイル受け1003内には、パイプ1004が通されている。パイプ1003は、コイルシース1002内に通されると共に、第2湾曲用スライダ711にワイヤ受け1005を介して第二湾曲ワイヤ316A、316Bと共に回転自在に係合させられている。パイプ1004内には、操作部1001A、1001Bのスライダに連結されたワイヤ1006が通されている。操作部1001A、1001Bのスライダを手元側に引けばワイヤ1006が移動して第二湾曲用スライダ711が引かれて第二湾曲部308が開く。この構成では、操作部520をコンパクトにでき、第二湾曲部308の操作が容易になる。また、第二湾曲部308を操作するときに、操作スティック531A、531Bが動いてしまうことがなくなる。把持中の組織が不意に移動したりしなくなる。
次に、本発明の基本構造2の処置用内視鏡について説明する。基本構造2の処置用内視鏡は、上述した例と同様の基本構造を有しており、処置を行うアーム部に操作部の操作を伝達するワイヤと操作部とが着脱自在となっている。
なお、図40に示した固定態様は一例であり、ワイヤ315C、315Dが左右いずれの固定部材1311に挿通されるかは、操作部1350への取り付け位置等を考慮して、操作部1350の操作によってアーム部302A、302Bが適切に操作できるように適宜決定される。
また、挿入穴1360及び第2挿入部1356のベース部1359側の端面には、突起部1310及び装着部1313の挿入を容易にするために面取り加工が施されている。
例えば、上述の基本構造2では、プーリ1306の第2装着部1313Bにおいて、嵌合穴1320Bが設けられた第2外周面1313Cが平坦に形成されている例を説明したが、図50に示す変形例のように、第2外周面が、外周1313Dを含む外周面よりも小さい曲率を有する第2外周面1313Eとして形成されてもよい。このようにしても、同様にトルクTが発生するため、嵌合穴1320Bと嵌合突起1365Bとをスムーズに嵌合させることができる。
図53は本実施形態の処置用内視鏡(医療用デバイス)の操作部1400(処置具操作機構)の構成を示す図である。処置用内視鏡は、この操作部1400の他に、基本構造の内視鏡操作部502及び内視鏡挿入部503を備える。操作部1400の基本的な機能は、基本構造の操作部520と同様である。また、処置用内視鏡は本発明の回転力伝達機構と、力量緩和装置とを備えている。
操作部1400は、ベースフレーム1500を有し、ベースフレーム1500に第1の操作ユニット1501Aと第2の操作ユニット1501Bがそれぞれ取り付けられている(図56参照)。
ここで、第1の操作ユニット1501Aと第2の操作ユニット1501Bは、それぞれXa、Xbを中心に水平面に沿って回転可能に取り付けられ、かつ、開き角度調整機構1502によって、それら操作ユニット1501A、1501Bを操作する操作者の体格に応じて互いの開き角度θが調整できるようになっている。
ハウジング1504A、1504Bは、アルミニウム等の金属の鋳造あるいは鍛造に作られるもので、部品点数を減少できるように、種々のブラケットやステーも一体に作るのが好ましい。
この実施例においては、操作部1400を操作する操作者を基準に前後方向を定め、図56における左側を前側、右側を後側と定める。
ベースフレーム1500には、第1のハウジング1504Aの回転中心Xaを中心とする第1の円弧溝1510Aが形成され、そこには固定ネジ1511Aが挿通され、この固定ネジの先端は第1のハウジング1504Aに螺合されている。ベースフレーム1500には、第2のハウジング1504Bの回転中心Xbを中心とする第2の円弧溝1510Bが形成され、そこには固定ネジ1511Bが挿通され、この固定ネジの先端は、第2のハウジング1504Bに螺合されている。
ここで、前記固定ネジ1506、1511A、B、ナット1509,1510がそれぞれ緩められ、かつ、調整ネジ1512が回転されることにより、ピン1508が調整ネジ1512の軸線に沿って前後方向へ移動する。このピン1508の移動に伴い、第1のハウジング1504Aと第2のハウジング1504Bとは、それぞれXa、Xbを中心に水平面に沿って回転されて、それらの傾斜角度がともに同じ角度ずつ調整される。調整が終わると、固定ネジ1511A、B及びナット1509がそれぞれ再び締め付けられる。
すなわち、前記リンク1505A、1507、固定ネジ1506、ピン1508、調整ネジ1512、円弧溝1510A、1510B等は、角度調整機構1502を構成する。
この角度伝達機構について、第2の回動機構に組み込まれる機構を例に挙げて説明する。図59において符号1540は操作スティックが取り付けられるブラケットである。このブラケット1540は、図60に示すように片方が開放されるように湾曲して形成されており、片側からハウジング支持部に挿入可能になっている。ブラケット1540には、扇状に形成された内歯ギヤ1541が取り付けられている。ブラケット1540と内歯ギヤ1541とは図62中Xcで示す軸線を中心に一体的に回転する(図62、図63参照)。内歯ギヤ1541には平ギヤ1542が噛み合わされている。平ギヤ1542はブラケット1540に設けられた軸1543にベアリングを介して回転可能に取り付けられている。なお、ここでは、内歯ギヤ1541のピッチ円直径と平ギヤ1542のピッチ円直径が異なるため、その差分だけ内歯ギヤ1541の作動角度が増した形で平ギヤ(入力ギヤ)1542に伝わる。このため、設置スペース等の関係から操作ワイヤ1547として小径のものを使用せざるを得ない場合、操作ワイヤ1547の伸び代を考慮すると、その伸び代分だけ多く操作ワイヤを引っ張り操作する必要がある。このようなときに、前述したように内歯ギヤ1541の作動角度が増した形で平ギヤ1542に伝えるのは有利になる。
つまり、前記内歯ギヤ1541と前記平ギヤ1542は、後述する入力ピン(回転入力部材)1544への入力量を増大させる入力量増大機構を構成する。
なお、調整ネジ1557,1567は、それぞれ正式に部材が組み立てられたときに部材同士の奥方に配置されることとなり、操作者が誤って不用意に操作するのを予め防止している。
つまり、前記トルクリミッタ1548は、入力ピン(回転入力部材)1544に一定値を超える力量が懸かったとき、伝達力量を緩和して出力ピン(回転出力部材)1545に一定値までの力量しか伝達しない力量緩和装置を構成する。
このように、トルクリミッタ1548が平ギヤ1542の外径より内側に配置されているので、トルクリミッタ1548の慣性力を最小限にすることができる。このため、操作部を急速に作動させ、ストッパにて操作部が急激に停止した場合、トルクリミッタ1548の慣性力で、操作ワイヤ1547へかかる張力を抑えることができる。
この被装着部1574は一定角度回転すると、図示しない停止部材にぶつかり回転が止まるようになっている。これにより、トルクリミッタ1548や被装着部1574にかかる慣性力が、操作ワイヤ1547へかかるのを防止できる。
図53に示すように、第2湾曲用スライダ1580には操作ワイヤ1581が保護用のコイルシース1582によって外周を覆われた状態で延びており、操作ワイヤ1581の先端は、第1のハウジング1504に取り付けられた第2湾曲部操作用中継部1583に接続される。第2湾曲部操作用中継部1583には、操作ワイヤ1581に加わる引張伝達力の上限を定め、引張力がその上限値を超える場合には上限の引張力しか、アーム部内の第2湾曲ワイヤに伝えないワイヤ保護機構1584が組み込まれる。また、第2湾曲部操作用中継部1583には、操作ワイヤ1581の引張力の方向を180度反転して、第2湾曲ワイヤ1586に伝える引張方向変換機構1585が組み込まれる。
ワイヤ保護機構1584及び引張方向変換機構1585が組み込まれる第2湾曲部操作用中継部1583は、第2湾曲用スライダ1580から分離して配置される。
バネ収納ケース1595は、図71、図72に示すように、L字状の左半体1596と、L字状の右半体1597と、L字状の右半体1597よりもさらに右側に配置されるストッパ1599を備え、分割可能な構造になっている。これは、圧縮コイルバネ1598をバネ収納ケース1595内に収納するとき、プリテンション用の圧縮コイルバネ1598の力が強い場合に有効になるからである。
スリーブ1611には、プーリ1612を保持するプーリ保持部1613が取り付けられている。プーリ保持部1613にはバネ受け1614が下方に突出して設けられ、このバネ受け1614と前記バネ受け板1594の下端には復帰用の引っ張りバネ1615が介装されている。
一方、第2湾曲部操作用中継部1583には、左右のアイドルプーリ1616がそれぞれパイプ1590を中央に挟んでその両側に回転可能に支持されている。この左右のアイドルプーリ1616には前記連結用ワイヤ1600の両端がそれぞれ巻回されている。連結ワイヤ1600の中間部分は、前記プーリ保持部1613に巻回されている。
ここで、バネ収納ケース1595を引っ張る際に操作ワイヤ1581により直接引っ張るのではなく、圧縮コイルバネ1598を介して引っ張るから、所定値以上の引張力が作用するとき、圧縮コイルバネ1598が弾性変形して所定以上の荷重が、操作ワイヤ1581から連結用ワイヤ1600へ伝達するのを防止する。
これにより、下流側の第2湾曲ワイヤ1586に過大な引っ張り力が加わることがなく、たとえ、第2湾曲ワイヤ1586に従前よりも細く強度的に弱いワイヤを用いたところで、このワイヤが損傷するのを未然に防止することができる。なお、圧縮コイルバネ1598のバネ定数は、第2湾曲ワイヤ1586の引っ張り強度に合わせて適宜設定すればよい。
なお、第2湾曲用スライダ1580を手前側に引っ張られる状態を保持するロック(図示略)を解除すると、復帰用引っ張りバネ1615の付勢力により、プーリ保持部1613とバネ収納ケース1595とは互いに接近するように相対的に移動され、結局、図74に示す状態から図73に示す状態に戻る。
また、ここでは、操作ワイヤ1581への操作力の伝達方向の順に、ワイヤ保護機構1584及び引張方向変換機構1585を配置したが、これに限られることなく、逆に、ワイヤ保護機構1584を同操作力の伝達方向上流側に、引張方向変換機構1585を同操作力の伝達方向下流側に配置してもよい。
このように、皿バネ1636をベアリング1633の片方にのみ配置する構造になっているので、皿バネ1636を左右に配置する構造に比べ、構成の簡素化並びに組立性の容易化が図れる。
まず、操作部による内視鏡挿入部のアーム部の操作を可能とするため、6つのワイヤユニットを操作部に接続する。ここで、図53に示すように、ワイヤユニットをセットする際、アーム部の第1湾曲部を操作するワイヤユニットの基台とアーム部の第2湾曲部を操作するワイヤユニットの基台との相対を前後方向に異ならせているため、それらワイヤユニットを誤って基台にセットするのを防止できる。ワイヤユニットをセットした後、第1、第2の操作ユニット1501A、1501Bに、それぞれ必要な処置具を挿入する。次いで、内視鏡の挿入部を通して処置具を患者の口や鼻等の自然開口から体腔内挿入する。
操作スティック1503A、1503Bによる操作を行う前に、操作する操作者の体格に応じて、第1の操作ユニット1501Aと第2の操作ユニット1501Bの開き角度θを開き角度調整機構1502によって調整する。
なお、調整が終わると、固定ネジ1506、1511A、1511B及びナット1509,1510をそれぞれ再び締め付ければよい。
これにより、1の操作ユニット1501Aと第2の操作ユニット1501Bの開き角度を所望値に設定できる。
ここで、上記構成のトルクリミッタ1548においては、引っ張りバネ1553を介して、第1の回転伝達部材1551と第2の回転伝達部材1552と間の回転力を伝達しているため、例えば、出力ピン1545に何らかの力が加わり、入力ピン1544側に所定値以上のトルクが作用する場合には、引っ張りバネ1553が弾性変形してそのトルクを吸収し、出力ピン1545側の所定値以上のトルク伝達が規制される。
このトルクリミッタ1548は、入力ピン1544がYa方向へ回転する場合に限らず、Yb方向へ回転する場合に同様に機能する。
左半体1596によって連結用ワイヤ1600の一端が引っ張られることにより、アイドルプーリ1616が回転し、連結用ワイヤ1600の引っ張り方向を180度変えて、プーリ保持部1613を図70において左方へ移動させる。プーリ保持部1613の移動に伴い、その上部に取り付けられたプーリ1617も一体に移動し、結局、プーリ1617に巻回された第2湾曲ワイヤ1586が同方向へ引っ張られる。すなわち、図73に示す状態から図74に示す状態になる。
これにより、下流側の第2湾曲ワイヤ1586に過大な引っ張り力が加わることがなく、たとえ、第2湾曲ワイヤ1586に従前よりも細く強度的に弱いワイヤを用いたところで、このワイヤが損傷するのを未然に防止することができる。
例えば、上述の第2実施形態の第2の回動機構1526で用いられるトルクリミッタ1548では、第1の回転伝達部材1551と第2の回転伝達部材1552との間のトルク伝達を引っ張りバネ1553により行っていたが、これに限られることなく、図78に示すように圧縮コイルバネ1640により行ってもよく、図79に示すようにトーションバネ1641により行ってもよい。あるいは、ヘール等の力量が一定のバネを用いても良い。このバネを用いると、弾性部材が伸び始めても、力量が一定以上にならない。さらに、ゴム材等やプラスチック材のような弾性部材によってトルク伝達を行っても良い。
1551 第一の回転伝達部材
1552 第二の回転伝達部材
1553 引っ張りバネ(連結部)
1545 出力ピン(回転出力部材)
1546 プーリ(巻き取り部材)
1541 内歯ギヤ(入力量増大機構)
1542 平ギヤ(入力量増大機構)
1548 トルクリミッタ(力量緩和装置)
1500 ベースフレーム
1504A、1504B ハウジング
1503、1503A、1503B 操作スティック
1501A、1501B 操作ユニット(リンク機構)
1400 操作部(処置具操作機構)
Claims (19)
- 所定の操作部材により所定の第1の方向と該第1の方向とは反対の第2の方向に回転駆動自在な回転入力部材と、
前記回転入力部材からの前記第1の方向の回転駆動力を受ける第1の回転伝達部材と、
前記第1の回転伝達部材と対峙して配置され、前記回転入力部材からの前記第2の方向の回転駆動力を受ける第2の回転伝達部材と、
第1の回転伝達部材と第2の回転伝達部材がお互いに相対し合う方向に回転力が働くように配置される連結部であって、該相対し合う位置で、前記第1の回転伝達部材が受けた前記第1の方向の回転駆動力を前記第2の回転伝達部材に伝達するとともに、前記第2の回転伝達部材が受けた前記第2の方向の回転駆動力を前記第1の回転伝達部材に伝達するバネ性の連結部と、
前記第1の回転伝達部材により前記第2の方向に回転駆動されるとともに前記第2の回転伝達部材により前記第1の方向に回転駆動される回転出力部材と、
前記回転出力部材に接続され医療器具を操作するためのワイヤを巻き取る巻き取り部材と、
を備え、
前記連結部のバネ定数が、前記ワイヤのバネ定数と同等またはそれ以下の値に設定され、前記連結部のバネ定数と前記ワイヤのバネ定数との合成バネ定数が前記ワイヤのバネ定数の1/2以下に設定される
回転力伝達機構。 - 請求項1に記載の回転力伝達機構であって、
前記連結部は少なくとも弾性部材を含む。 - 請求項1に記載の回転力伝達機構であって、
前記第1、第2の回転伝達部材、前記回転入力部材、前記回転出力部材の回転中心はほぼ同軸に配置される。 - 請求項1に記載の回転力伝達機構であって、
前記回転伝達部材は回転伝達板である。 - 請求項1に記載の回転力伝達機構であって、
前記回転入力部材へは、入力量を増大させる入力量増大機構を介して入力される。 - 請求項1に記載の回転力伝達機構であって、
前記連結部はヘール等の定圧バネで構成される。 - 請求項1に記載の回転力伝達機構であって、
前記回転出力部材はワイヤを巻き取る巻き取り部材に接続され、回転出力部材と巻き取り部材との間に、回転力伝達機構の回転を停止させる停止部材が配置される。 - 請求項1に記載の回転力伝達機構を備え、
前記回転入力部材に一定値を超える力量が懸かったとき、伝達力量を緩和して前記回転出力部材に一定値までの力量しか伝達しない力量緩和装置。 - 請求項8に記載の力量緩和装置であって、
前記回転入力部材が取り付けられる入力ギヤの外径より内側に配置される。 - 請求項8に記載の力量緩和装置であって、
前記回転出力部材からの出力によって医療用用具を動作させる。 - 請求項10に記載の力量緩和装置であって、
前記回転出力部材からの出力によって医療用用具を駆動部材で動作させる。 - 請求項11に記載の力量緩和装置であって、
前記回転出力部材からの出力によって医療用用具を駆動部材で湾曲動作させる。 - 請求項12に記載の力量緩和装置であって、
前記医療用用具は内視鏡である。 - 請求項13に記載の力量緩和装置であって、
前記内視鏡は、ワイヤでアングル操作される。 - 請求項12に記載の力量緩和装置であって、
前記医療用用具は処置具である。 - 請求項15に記載の力量緩和装置であって、
前記処置具は湾曲部を有する。 - 可撓性を有するシースと、前記シースの先端から突出して第1の湾曲操作が可能で処置具を挿通可能なアーム部を有し、前記アーム部を湾曲させるときに操作する湾曲操作部を有する医療用デバイスであって、
前記湾曲操作部は請求項8に記載の力量緩和装置を備える。 - 請求項17に記載の医療用デバイスであって、
前記アーム部と前記シースの間に、第二の湾曲操作可能な第二湾曲部を備える。 - 請求項18に記載の医療用デバイスであって、
前記シースに第三湾曲部を備える。
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