JP6532683B2

JP6532683B2 - 多関節構造の鉗子

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Publication number: JP6532683B2
Application number: JP2015009257A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　崇; 崇佐藤; 哲也坂井
Original assignee: Nippon Thompson Co Ltd
Current assignee: Nippon Thompson Co Ltd
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2035-01-21
Also published as: US20160207206A1; US9796092B2; JP2016131773A

Description

この発明は，例えば，医療用ロボット，医療用機器，マニピュレータ等の各種機器に使用される多関節構造の鉗子に関する。

従来，連結部に回転を入力して連結部を屈曲又は湾曲させることができる駆動機構が知られている。該駆動機構において，鉗子は，被連結部材同士を連結する屈曲リンク及び把持リンクを備え，把持リンクは，被連結部材に対して軸方向に移動不可能に連結され，屈曲リンクの第１軸には，被連結部材の第２プレートに螺合する第２雄ねじが設けられ，屈曲リンクの第２軸には，被連結部材の第１プレートに螺合する第１雄ねじが設けられ，第１雄ねじ及び第２雄ねじは，屈曲リンクを一方向へ回転させたときに被連結部材同士を近接させ，他方向へ回転させたときに被連結部材同士を離間させるように互いに逆方向に形成されるとともに，互いに同一ピッチに形成されている（例えば，特許文献１参照）。

また，耐久性及び制御精度に優れ，滅菌手段，洗浄手段や駆動手段への着脱が容易な多自由度マニピュレータが知られている。該多自由度マニピュレータは，一対の把持片の相対的開閉，第１軸回りの両把持片の回転，及び第１軸にほぼ直交する仮想平面上に存在する第２軸回りの両把持片の回転の少なくとも３自由度を有している。多自由度マニピュレータは，アクチュエータからの動力が，第１〜第３リンク機構によって，把持片の開閉，第１軸回りの回転，及び第２軸回りの回転の各運動に変換されるものである（例えば，特許文献２参照）。

また，医療用鉗子では，先端部分に設けた開閉片の動作には，動力伝達がワイヤによって行っていた。例えば，医療用開閉式鉗子として，開閉片を操作するためのワイヤを開閉片側に向って押すことなく開閉片を開閉操作可能なものが知られている。該医療用開閉式鉗子は，一対の開閉片と，第１牽引ワイヤと第２牽引ワイヤの一方を基端側に牽引すると同時に他方が先端側に引かれるのを許容する操作手段と，それらの動力伝達機構とを備えており，上記動力伝達機構は，第１牽引ワイヤと第２牽引ワイヤの先端部と一対の開閉片を接続する，第１牽引ワイヤが基端側に牽引されたときに，第２牽引ワイヤを先端側に牽引すると共に両開閉片を閉方向に移動させ，且つ第２牽引ワイヤを基端側に牽引されたときに，第１牽引ワイヤを先端側に牽引すると共に両開閉片を開方向に移動させるものである（例えば，特許文献３参照）

また，単純な構造を有して温度非依存性で先端部を湾曲させ得る医療用処置部材が知られている。該医療用処置部材は，先端側に配置される湾曲可能な第１チューブ部材と，第１チューブ部材の先端部に固定される一端と，第１チューブ部材の基端部に回転自在に配置される他端とを有する第１ワイヤ部材と，第１ワイヤ部材の他端を回転させるための駆動機構とを有し，第１ワイヤ部材は，他端の回転による捻じれによって，一端と他端との間に収縮する方向への応力を生じ，第１チューブ部材を湾曲させるものである（例えば，特許文献４参照）。

特開２００７−２９２２７６号公報特開２００５−１６９０１１号公報特開２０１１−８３４７６号公報特開２０１３−２５２３３８号公報

上記のワイヤ式鉗子については，医療用鉗子の先端部の作動は，ワイヤによる動力伝達が主であり，ワイヤの伸縮の張力変化の遅れが発生し，追従性即ちレスポンスが悪く，細かな動きができないという問題があった。また，ワイヤ式鉗子では，ワイヤの切断，伸び等の故障が発生し正確な動作や確実な動力伝達ができなくなるという問題があった。また，上記駆動機構については，鉗子の動作を連結部の回転を入力して，連結部を屈曲又は湾曲させることができるが，規制用ユニバーサルジョイントと駆動用ユニバーサルジョイントを組み合わせて駆動部全体を屈曲させるように駆動されるものであるので，関節ごとに独立して屈曲させることができず，微細な動作が困難なものであった。更に，上記の多自由度マニピュレータは，アクチュエータから伝達される前後方向の動作によりリンク部を駆動させ，関節が上下と左右との両方向の２軸動作するように構成されているが，やはり関節ごとに細かな動作をさせるのには不向きな構造であり，リンク部が細く長いので，剛性も低い構造であった。

この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，複数の外筒を長手方向に直列に配設し，先端に位置する外筒に他の物体を把持する把持部材を取り付け，対向する各外筒を関節部材で連結し，外筒ごとに動力伝達軸をそれぞれ連結し，各外筒を動力伝達軸によって各外筒を関節部材を介して独立してそれぞれ折曲させることができ，しかも外筒を金属製で作製して十分な剛性を確保し，動力伝達軸の伸縮による張力変化を無くし，動力伝達軸の作動による関節部材毎の折曲のレスポンス即ち追従性を良好にして，先端の外筒に取り付けた把持部材を所定の姿勢に高精度に微細な作動を可能にし，特に，医療用の機器として使用して好ましい多関節構造の鉗子を提供することである。

この発明は，長手方向に配設された複数の中空状外筒，前記複数の中空状外筒における各外筒の両端部に固着された連結部，対向する前記連結部を互いに回転自在に連結する関節部材，先端に位置する前記外筒に回転自在に連結された物体を把持する把持部材，及び前記把持部材と前記各外筒とをそれぞれ独立して折曲可能に作動するため前記外筒と前記関節部材とにそれぞれ嵌挿し且つ伸縮可能で折曲可能に作動する複数の動力伝達軸を備えており，
前記動力伝達軸は，伸縮可能で回転力を伝達できる複数の伝達軸部，及び隣接する前記伝達軸部を互いに連結し且つ前記関節部材の前記連結部に対応する位置に配設されて折曲可能で回転力を伝達できる複数のユニバーサルジョイントを有し，前記動力伝達軸の先端部には，前記各外筒内のボス部にそれぞれ設けられた第１ねじ部に螺入する第２ねじ部が形成されていることから成る多関節構造の鉗子に関する。

また，前記外筒は，先端に位置する第１外筒，前記第１外筒に隣接する第２外筒，前記第２外筒に隣接する第３外筒，及び前記第３外筒に隣接する第４外筒から構成されている。更に，前記外筒の前記両端部に固着された前記連結部は，前記外筒に固着された円筒部と前記円筒部の周方向の対向位置から一体構造に突出した一対の突出部，又はコ字状の突出部とから構成されている。

また，この多関節構造の鉗子は，前記外筒の一方の前記端部に固着された前記連結部には，外側に突出するストッパピンが設けられ，前記外筒の他方の前記端部に固着された前記連結部には，円弧状のスリットが形成されており，前記連結部に設けられた前記ストッパピンは隣接する連結部に形成された前記スリットに係合して隣接する前記連結部同士の折曲範囲が規制されるものである。

また，この多関節構造の鉗子において，前記外筒の前記ボス部に設けた前記第１ねじ部はナットであり，前記動力伝達軸の前記伝達軸部に設けた前記第２ねじ部は前記ナットに螺入する雄ねじである。

また，前記関節部材は，前記把持部材を前記第１外筒に対して上下方向に可動な第１関節部材，前記第１外筒を前記第２外筒に対して前記上下方向に直交する左右方向に可動に連結する第２関節部材，前記第２外筒を前記第３外筒に対して前記左右方向に直交する上方向に可動な第３関節部材，及び前記第３外筒を前記第４外筒に対して下方向に可動な第４関節部材から構成されているものである。

また，前記動力伝達軸は，前記把持部材を前記第１外筒に対して上下方向に作動する一対の第１動力伝達軸，前記第１外筒を前記第２外筒に対して前記上下方向に直交する左右方向に作動する一対の第２動力伝達軸，前記第２外筒を前記第３外筒に対して上方向に作動する１本の第３動力伝達軸，及び第３外筒を前記第４外筒に対して下方向に作動する１本の第４動力伝達軸から構成されているものである。

また，前記動力伝達軸における前記伝達軸部は，基端に位置して第１軸部を備えた作動軸，前記第１軸部が摺動自在に嵌挿し且つ前記ユニバーサルジョイントに固着された第１フォルダ，前記第１フォルダに摺動自在に嵌挿する第２軸部を備えた第２フォルダ，前記第２フォルダに摺動自在に嵌挿する第３軸部を備えた前記ユニバーサルジョイント，先端の前記ユニバーサルジョイントに固着された前記第１フォルダに摺動自在に嵌挿する第４軸部を備え且つ前記第２ねじ部が形成された駆動軸，並びに前記作動軸と前記第１フォルダとの間，前記第１フォルダと前記第２フォルダとの間．前記第２フォルダと前記ユニバーサルジョイントとの間，及び前記第１フォルダと前記駆動軸との間に配設されたスプリングから構成されており，前記第１，第２，第３及び第４軸部の直径方向に固着され且つ前記第１フォルダと前記第２フォルダとにそれぞれ形成されたスリットに嵌入して非回転状態に長手方向にガイドするピンを備えているものである。

又は，前記動力伝達軸における前記伝達軸部は，基端に位置して第１軸部を備えた作動軸，前記第１軸部が摺動自在に嵌挿し且つ前記ユニバーサルジョイントに固着された第１フォルダ，先端の前記ユニバーサルジョイントに固着された前記第１フォルダに摺動自在に嵌挿する第５軸部を備え且つ前記第２ねじ部が形成された駆動軸，並びに前記作動軸と前記第１フォルダとの間，及び前記第１フォルダと前記駆動軸との間に配設されたスプリングから構成されており，前記第１軸部と第５軸部の直径方向に固着され且つ前記第１フォルダに形成されたスリットに嵌入して非回転状態に長手方向にガイドするピンを備えているものである。

また，前記動力伝達軸における前記ユニバーサルジョイントは，長手方向両端に位置する一対の端ヨーク，及び前記端ヨーク間で前記端ヨークに両端が十字形のクロススパイダを用いた関節ピンで連結された中央ヨークから構成されている。

また，前記外筒内に固定された薄板は，前記動力伝達軸の前記伝達軸部に係止して前記伝達軸部の伸縮範囲をそれぞれ規制するものである。

また，前記把持部材は，前記第１外筒の前記端部に固定された前記連結部にピンによって揺動自在に支持され且つ前記物体を把持するために２本の前記第１動力伝達軸によってそれぞれ互いに揺動して開閉する一対の把持片から構成されている。

また，この多関節構造の鉗子において，前記外筒，前記関節部材，及び前記動力伝達軸の前記伝達軸部を金属材料で作製して剛性が確保されている。

この発明による多関節構造の鉗子は，上記のように，複数の外筒，その先端に連結した把持部材，これらを回転伝達可能に揺動自在に連結する関節部材，及び前記外筒を折曲自在に作動し且つ前記把持部材の把持片を開閉自在の作動する複数の動力伝達軸を備えており，前記動力伝達軸を折曲可能で回転力を伝達できる複数のユニバーサルジョイントと伸縮可能で回転力を伝達可能な伝達軸部とから構成したので，動力伝達軸の張力による伸縮現象は発生せず，外筒毎に動力伝達軸を設けて外筒毎に独立して微細な動きを実現させることができ，動力伝達軸の回転作動によって前記外筒及び前記把持部材を，独立して迅速に，追従性に富んで折曲作動して所定の位置に移動させ，所定の姿勢に整えることができる。即ち，前記動力伝達軸の先端部に設けた雄ねじを，前記外筒のボス部に設けたナットに螺入させているので，所定の外筒に連結した所定の動力伝達軸を回転させると，該動力伝達軸を押し引きさせて所定の外筒を直ちに折曲させ，しかも，操作に対して信頼性に富み，追従性が良好であって把持部材を高精度に所定の折曲位置へ移動させることができ，特に，医療用の鉗子として好ましい動きを実現することができる。

この発明による多関節構造の鉗子の一実施例を示す斜視図である。図１の多関節構造の鉗子を折曲させた状態を示す斜視図である。図１の鉗子を縮小して示しており，（Ａ）は平面図，及び（Ｂ）端面図である。この多関節構造の鉗子に組み込まれた先端に位置する外筒に連結した把持部材を作動するための最も長い動力伝達軸を拡大して示す平面図である。図４の動力伝達軸の折曲状態を縮小して示す平面図である。この多関節構造の鉗子に組み込まれた先端に位置する外筒を作動するための動力伝達軸を示す平面図である。この多関節構造の鉗子に組み込まれた基端側に位置する外筒を作動するための動力伝達軸を示す平面図である。この多関節構造の鉗子に組み込まれる動力伝達軸の作動時の伝達軸部に係合して動力伝達軸の伸縮状態を規制をするための薄板を外筒に取り付けた状態を示す斜視図である。この多関節構造の鉗子において，動力伝達軸が外筒を屈曲させるための作動構造を示す説明図である。図９に示す多関節構造の鉗子において，動力伝達軸が外筒を屈曲させた状態を示す説明図である。この多関節構造の鉗子において，動力伝達軸に連結した把持部材を示す平面図である。この多関節構造の鉗子において，動力伝達軸に連結した把持部材を折曲させた状態を示す平面図である。

以下，図面を参照して，この発明による多関節構造の鉗子の実施例を説明する。図１〜図３に示すように，この発明による多関節構造の鉗子は，主として，長手方向に伸びて直列に配設された金属製の複数の中空状外筒１，複数の中空状外筒１における各外筒１の両端部にそれぞれ固着された金属製の連結部２，対向する外筒１の連結部２を互いにピン２４で揺動自在に連結して隣接する外筒１をそれぞれ連結する関節部材３，先端に位置する外筒１に枢着された他の部材や他の物体を把持する把持部材４，及び把持部材４と各外筒１とをそれぞれ独立して折曲可能に作動するため外筒１と関節部材３とにそれぞれ嵌挿し且つ伸縮可能で折曲可能に作動する複数の動力伝達軸５を備えている。動力伝達軸５は，連結部２に対応する位置に配設されて折曲可能で回転力を伝達できる複数のユニバーサルジョイント６，及びユニバーサルジョイント６に連結された伸縮可能で回転力を伝達できる金属製の伝達軸部７から構成されている。各外筒１には，その内周面から突出するように固定ねじ９Ｂで固定されたボス部９をそれぞれ備えており，ボス部９にはナット１０（第１ねじ部）がそれぞれ固着されている。動力伝達軸５の伝達軸部８のうち先端に位置する先端部８には，ナット１０に螺入する雄ねじ１１（第２ねじ部）が形成されている。この多関節構造の鉗子において，関節部材３は，外筒１の両端部にそれぞれ固定された連結部２をピン２４で揺動自在に連結することによって構成されている。各外筒１内のボス部９に形成された溝１９（図９）には，動力伝達軸５の動きを規制するための薄板１７が嵌め込まれて，薄板１７が外筒１に固着されている。

この多関節構造の鉗子において，外筒１は，先端に位置する第１外筒１Ａ，第１外筒１Ａに隣接する第２外筒１Ｂ，第２外筒１Ｂに隣接する第３外筒１Ｃ，及び第３外筒１Ｃに隣接する第４外筒１Ｄから構成されている。更に，外筒１の両端部に固着された連結部２は，外筒１に固着された円筒部１２と円筒部１２の周方向の対向位置から一体構造に突出した一対の突出部１３，又はコ字状の突出部１３とから構成されている。具体的には，第１外筒１Ａと第２外筒１Ｂには，一対の突出部１３が形成され，また，第３外筒１Ｃと第４外筒１Ｄには，一個のコ字状の突出部１３が形成されている。この多関節構造の鉗子では，外筒１における対向連結する連結部２は，互いに嵌合し合っており，即ち，連結部２の突出部１３にはピン孔が形成されており，対向する連結部２は，一方の連結部２と嵌合した他方の連結部２とのピン孔が重なって嵌合し，該ピン孔にはピン２４が嵌合して連結部２同士が互いに回転自在な状態になっており，隣接する外筒１が互いに相対的に折曲できるように構成されている。更に，この多関節構造の鉗子は，外筒１の一方の端部に固着された連結部２には，外側に突出するストッパピン１４が設けられ，外筒１の他方の端部に固着された連結部２には，円弧状のスリット１５が形成されており，連結部２に設けられたストッパピン１４は，隣接する連結部２に形成されたスリット１５に係合することによって，ストッパピン１４がスリット１５にガイドされて隣接する連結部２に固着された外筒１同士の折曲範囲が円弧状のスリット１５のサイズによって規制されている。

更に，外筒１のボス部９には，ナット１０が設けられ，動力伝達軸５の先端における伝達軸部７に設けた雄ねじ１１がナット１０に螺入し，動力伝達軸５を回転させることによって，動力伝達軸５はナット１０に沿って押し引きされることになり，所定の外筒１は，所定の動力伝達軸５の回転動作によって折曲動作を行うことになる。また，外筒１が動力伝達軸５の作動によって折曲するには，ストッパピン１４は，連結部２同士を揺動自在に連結しているピン２４よりも先端側に形成されることによって，動力伝達軸５を押し引きすることによって連結部２がピン２４を中心軸にして揺動できるようになる。即ち，ナット１０は，動力伝達軸５の回転で雄ねじ１１が回転し，雄ねじ１１の回転はナット１０の直線方向に雄ねじ１１上を移動させるように変換し，ナット１０に枢着したリンク２９が押し引き動作し，リンク２９の押し引き動作は，リンク２９に設けたストッパピン１４を押し引き動作する。また，ストッパピン１４は，対向する回転自在な外筒１の連結部２のスリット１５に係合しているので，スリット１５にガイドされて連結部２を押し引き動作し，それによって連結部２はピン２４を中心に回転して外筒１を折曲することになる。外筒１Ａ〜１Ｄは，動力伝達軸５Ａ〜５Ｄにそれぞれナット１０と雄ねじ１１で連結しているので，動力伝達軸５Ａ〜５Ｄが回転動作することによって，外筒１Ａ〜１Ｄが互いに独立して折曲することになる。

この多関節構造の鉗子では，関節部材３は，把持部材４を第１外筒１Ａに対して上下方向に可動な第１関節部材３Ａ，第１外筒１Ａを第２外筒１Ｂに対して上下方向に直交する左右方向に可動に連結する第２関節部材３Ｂ，第２外筒１Ｂを第３外筒１Ｃに対して左右方向に直交する上方向に可動な第３関節部材３Ｃ，及び第３外筒１Ｃを第４外筒１Ｄに対して下方向に可動な第４関節部材３Ｄから構成されている。

この多関節構造の鉗子において，動力伝達軸５における伝達軸部７については，第１動力伝達軸５Ａ及び第２動力伝達軸５Ｂは，長手方向に長くなって伝達軸部７に第２フォルダ２０を備えているが，第３動力伝達軸５Ｃ及び第４動力伝達軸５Ｄは，長手方向に短く伝達軸部７に第２フォルダを備えていない。まず，伝達軸部７に第２フォルダ２０を備えている動力伝達軸５について説明する。この種の伝達軸部７は，基端に位置して第１軸部３１を備えた作動軸１６，第１軸部３１が摺動自在に嵌挿し且つユニバーサルジョイント６に固着された第１フォルダ１８，第１フォルダ１８に摺動自在に嵌挿する第２軸部３２を備えた第２フォルダ２０，第２フォルダ２０に摺動自在に嵌挿する第３軸部３３を備えたユニバーサルジョイント６，先端のユニバーサルジョイント６に固着された第１フォルダ１８に摺動自在に嵌挿する第４軸部３４を備え且つ雄ねじ１１が形成された駆動軸２１，並びに作動軸１６と第１フォルダ１８との間，第１フォルダ１８と第２フォルダ２０との間．第２フォルダ２０とユニバーサルジョイント６との間，及び第１フォルダ１８と駆動軸２１との間に配設されたスプリング２２から構成されている（図４〜図６参照）。更に，第１軸部３１，第２軸部３２，第３軸部３３及び第４軸部３４には，直径方向に固着されたピン３０が設けられている。また，第１フォルダ１８と第２フォルダ２０には，長手方向に延びるスリット２３が形成されている。ピン３０は，スリット２３に嵌入してガイドされ，第１軸部３１，第２軸部３２，第３軸部３３及び第４軸部３４は，第１フォルダ１８と第２フォルダ２０に非回転状態に長手方向に互いにガイドするように構成されている。

次に，第２フォルダ２０を備えていない動力伝達軸５について説明する（図７参照）。この種の伝達軸部７は，基端に位置して第１軸部３１を備えた作動軸１６，第１軸部３１が摺動自在に嵌挿し且つユニバーサルジョイント６に固着された第１フォルダ１８，先端のユニバーサルジョイント６に固着された第１フォルダ１８に摺動自在に嵌挿する第５軸部３５を備え且つ雄ねじ１１が形成された駆動軸２１，並びに作動軸１６と第１フォルダ１８との間，及び第１フォルダ１８と駆動軸２１との間に配設されたスプリング２２から構成されている。第１軸部３１と第５軸部３５には，直径方向にピン３０が固着され，第１フォルダ１８にはスリット２３が形成され，上記と同様に，ピン３０は，スリット２３に嵌入してガイドされ，第１軸部３１及び第４軸部３４は，第１フォルダ１８に非回転状態に長手方向に互いにガイドするように構成されている。

この多関節構造の鉗子において，動力伝達軸５は，把持部材４を第１外筒１Ａに対して上下方向に作動する一対の第１動力伝達軸５Ａ，第１外筒１Ａを第２外筒１Ｂに対して上下方向に直交する左右方向に作動する一対の第２動力伝達軸５Ｂ，第２外筒１を第３外筒１に対して上方向に作動する１本の第３動力伝達軸５Ｃ，及び第３外筒１Ｃを第４外筒１Ｄに対して下方向に作動する１本の第４動力伝達軸５Ｄから構成されているものである。従って，動力伝達軸５は，２本の第１動力伝達軸５Ａ，２本の第２動力伝達軸５Ｂ，１本の第３動力伝達軸５Ｃ，及び１本の第４動力伝達軸５Ｄから構成され，合計で６本から構成されている。動力伝達軸５については，外筒１及び連結部２内に嵌挿されている。即ち，外筒１Ａには，２本の動力伝達軸５Ａが嵌挿している。外筒１Ｂには，２本の動力伝達軸５Ａと２本の動力伝達軸５Ｂが嵌挿している。外筒１Ｃには，２本の動力伝達軸５Ａ，２本の動力伝達軸５Ｂ，及び１本の動力伝達軸５Ｃが嵌挿している。外筒１Ｄには，２本の動力伝達軸５Ａ，２本の動力伝達軸５Ｂ，１本の動力伝達軸５Ｃ，及び１本の動力伝達軸５Ｄが嵌挿している。

また，動力伝達軸を構成するユニバーサルジョイント６は，自在軸継手であって，長手方向両端に位置する一対の端ヨーク２５，及び端ヨーク２５間で端ヨーク２５に両端が関節ピン２７でそれぞれ連結された中央ヨーク２６から構成されており，ユニバーサルジョイント６は，この実施例では端ヨーク２５と中央ヨーク２６とを十字形のクロススパイダを用いた自在継手で連結された構造を有し，十字形関節ピン２７によって全体として旋回自在に動力を伝達することができるように構成されている。また，外筒１内には，ボス部の内側に設けたスリットに固定された薄板１７は，動力伝達軸５の伝達軸部７に係止して伝達軸部７の伸縮範囲を外筒１内においてそれぞれ規制するものである。また，把持部材４は，第１外筒１Ａの端部に固定された連結部２にピン２４によって旋回自在に支持されている。把持部材４は，図１及び図２に示すように，一対の爪でなる把持片４Ａから構成されており，把持片４Ａは，ピン２８によって互いに揺動するように枢着され，他部品や他の物体を把持するために２本の第１動力伝達軸５Ａによってそれぞれ互いに上下方向に揺動して開閉するように構成されている。把持片４Ａは，例えば，両方で１２０°の開閉が可能に形成されている。

次に，図１１及び図１２を参照して，把持部材４の作動を説明する。図１１では，把持部材４の把持片４Ａは，動力伝達軸１における第１動力伝達軸１Ａの駆動軸２１を作動しておらず，互いに真直状態に伸びている。図１２では，把持部材４の把持片４Ａは，上下の駆動軸２１を作動して両者共に一方向に傾斜即ち折曲させた状態が示されている。上側の把持片４Ａをそのままにして，下側の把持片４Ａを反対方向に折曲させれば，両者の把持片４Ａは，開放した状態になる。従って，この多関節構造の鉗子は，物体を把持片４Ａで挟んだ状態で把持部材４の姿勢も変更することが可能であり，種々の折曲移動に対応することができる。

この多関節構造の鉗子は，上記のように構成されているので，次のように作動することができる。この多関節構造の鉗子は，図２に示すように，外筒１Ａを外筒１Ｂに対して左右方向に折曲させる場合には，２本の動力伝達軸５Ｂを回転作動し，雄ねじ１１を回転させてナット１０を押し引きしてリンク２９を押し引きし，外筒１Ａを外筒１Ｂに対して左右に折曲させる。同様に，外筒１Ｂを外筒１Ｃに対して上方向に折曲させる場合には，１本の動力伝達軸５Ｃを回転作動し，雄ねじ１１を回転させてナット１０を押し引きしてリンク２９を押し引きし，外筒１Ｂを外筒１Ｃに対して上方向に折曲させる。また，外筒１Ｃを外筒１Ｄに対して下方向に折曲させる場合には，１本の動力伝達軸５Ｄを回転作動し，雄ねじ１１を回転させてナット１０を押し引きしてリンク２９を押し引きし，外筒１Ｃを外筒１Ｄに対して下方向に折曲させる。更に，把持部材４における把持片４Ａを開閉させるには，２本の動力伝達軸５Ａを回転作動し，雄ねじ１１を回転させてナット１０を押し引きしてリンク２９を押し引きし，把持部材４における一対の把持片４Ａを開閉させる。図２では，一方の把持片４Ａを下方向に折曲させた状態が示されている。

この多関節構造の鉗子について，一対の動力伝達軸５を作動して関節部材３を屈曲させて外筒１を折曲させる動作手順を，図９及び図１０を参照して説明する。
図９では，一対の第１動力伝達軸５Ａによって最先端に位置する外筒１Ａを関節部材３Ｂで屈折させる場合であって，関節部材３Ｂが直線状態に伸びているので，最先端の外筒１Ａと二番目の外筒１Ｂとは直線状態に伸びている。外筒１Ａと外筒１Ｂとを関節部材３Ｂの連結部２で図９の上側に屈折させる場合には，動力伝達軸５の上側の第２動力伝達軸５Ｂの先端部８の雄ねじ１１を回転させて外筒１Ｂに設けたボス部９のナット１０を引き寄せると共に，下側の第２動力伝達軸５Ｂの先端部８の雄ねじ１１を回転させて外筒１に設けたボス部９のナット１０を押し込む。一方，ナット１０には，リンク２９の一端は枢着され，リンク２９の他端には外筒１Ｂの連結部２の円弧状のスリット１５にガイドされるストッパピン１４に枢着されている。ストッパピン１４は，対向した外筒１Ｂの連結部２に設けられているので，上側の第２動力伝達軸５Ｂを引き，下側の第２動力伝達軸５Ｂを押し込めば，ストッパピン１４は，スリット１５にガイドされて外筒１Ａを外筒１Ｂに対してピン２４を中心軸即ち枢軸として上側に傾斜させる（図１０）。この動作は，リンク２９が中心軸ＯＬ即ちピン２４の回転中心Ｏ上に至るまで即ち変曲点に至るまで行って，次いで，下側の第２動力伝達軸５Ｂを押し込んでいた状態を逆転させて引き寄せる方に変換する（図示せず）。従って，外筒１Ａを外筒１Ｂ側に引き寄せるように第２動力伝達軸５Ｂを作動して，外筒１Ａを最大限即ちストッパピン１４がスリット１５の上側端面に達すると，外筒１Ａに対して外筒１Ｂを最大限に上側に傾斜させることになる。次いで，外筒１Ａと外筒１Ｂとを元の直線状態に戻すには，上記の作動の逆に上下の動力伝達軸５を作動すればよいことになる。

次に，外筒１Ａに対して外筒１Ｂを下側に傾斜させるには，上下の第２動力伝達軸５Ｂを逆方向に作動すればよいことになるので, 上側の第２動力伝達軸５Ｂを押し込み，下側の第２動力伝達軸５Ｂを引き込み，ストッパピン１４をスリット１５に沿って下方へ移動させる。リンク２９に設けたストッパピン１４がピン２４の回転中心上に到達して変曲点に達すると，ここで，下側の第２動力伝達軸５Ｂを引き込み続けるが，上側の第２動力伝達軸５Ｂを逆転させて引き込むように作動する。それによって，外筒１Ａを外筒１Ｂ側に引き寄せるように第２動力伝達軸５Ｂを作動して，外筒１Ａを最大限即ちストッパピン１４がスリット１５の下側端面に達すると，外筒１Ａに対して外筒１Ｂを最大限に下側に傾斜させることになる。次いで，外筒１Ａと外筒１Ｂとを元の直線状態に戻すには，上記の作動の逆に上下の動力伝達軸５を作動すればよいことになる。

この発明による多関節構造の鉗子は，例えば，医療用ロボット，医療用機器等の各種機器に使用される鉗子として使用して好ましいものである。

１外筒
１Ａ第１外筒
１Ｂ第２外筒
１Ｃ第３外筒
１Ｄ第４外筒
２連結部
３関節部材
３Ａ第１関節部材
３Ｂ第２関節部材
３Ｃ第３関節部材
３Ｄ第４関節部材
４把持部材
４Ａ把持片
５動力伝達軸
５Ａ第１動力伝達軸
５Ｂ第２動力伝達軸
５Ｃ第３動力伝達軸
５Ｄ第４動力伝達軸
６ユニバーサルジョイント
７伝達軸部
８先端部
９ボス部
１０ナット（第１ねじ部）
１１雄ねじ（第２ねじ部）
１２円筒部
１３突出部
１４ストッパピン
１５，２３スリット
１６作動軸
１７薄板
１８第１フォルダ
２０第２フォルダ
２１駆動軸
２２スプリング
２４，２８，３０ピン
２５端ヨーク
２６中央ヨーク
２７関節ピン
２９リンク
３１第１軸部
３２第２軸部
３３第３軸部
３４第４軸部
３５第５軸部

Claims

長手方向に配設された複数の中空状外筒，前記複数の中空状外筒における各外筒の両端部に固着された連結部，対向する前記連結部を互いに回転自在に連結する関節部材，先端に位置する前記外筒に回転自在に連結された物体を把持する把持部材，及び前記把持部材と前記各外筒とをそれぞれ独立して折曲可能に作動するため前記外筒と前記関節部材とにそれぞれ嵌挿し且つ伸縮可能で折曲可能に作動する複数の動力伝達軸を備えており，
前記動力伝達軸は，伸縮可能で回転力を伝達できる複数の伝達軸部，及び隣接する前記伝達軸部を互いに連結し且つ前記関節部材の前記連結部に対応する位置に配設されて折曲可能で回転力を伝達できる複数のユニバーサルジョイントを有し，前記動力伝達軸の先端部には，前記各外筒内のボス部にそれぞれ設けられた第１ねじ部に螺入する第２ねじ部が形成されていることから成る多関節構造の鉗子。
前記外筒は，先端に位置する第１外筒，前記第１外筒に隣接する第２外筒，前記第２外筒に隣接する第３外筒，及び前記第３外筒に隣接する第４外筒から構成されていることから成る請求項１に記載の多関節構造の鉗子。
前記外筒の前記両端部に固着された前記連結部は，前記外筒に固着された円筒部と前記円筒部の周方向の対向位置から一体構造に突出した一対の突出部，又はコ字状の突出部とから構成されていることから成る請求項１又は２に記載の多関節構造の鉗子。
前記外筒の一方の前記端部に固着された前記連結部には，外側に突出するストッパピンが設けられ，前記外筒の他方の前記端部に固着された前記連結部には，円弧状のスリットが形成されており，前記連結部に設けられた前記ストッパピンは隣接する連結部に形成された前記スリットに係合して隣接する前記連結部同士の折曲範囲が規制されることから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の多関節構造の鉗子。
前記外筒の前記ボス部に設けた前記第１ねじ部はナットであり，前記動力伝達軸の前記伝達軸部に設けた前記第２ねじ部は前記ナットに螺入する雄ねじであることから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の多関節構造の鉗子。
前記関節部材は，前記把持部材を前記第１外筒に対して上下方向に可動な第１関節部材，前記第１外筒を前記第２外筒に対して前記上下方向に直交する左右方向に可動に連結する第２関節部材，前記第２外筒を前記第３外筒に対して前記左右方向に直交する上方向に可動な第３関節部材，及び前記第３外筒を前記第４外筒に対して下方向に可動な第４関節部材から構成されていることから成る請求項２に記載の多関節構造の鉗子。
前記動力伝達軸は，前記把持部材を前記第１外筒に対して上下方向に作動する一対の第１動力伝達軸，前記第１外筒を前記第２外筒に対して前記上下方向に直交する左右方向に作動する一対の第２動力伝達軸，前記第２外筒を前記第３外筒に対して上方向に作動する１本の第３動力伝達軸，及び第３外筒を前記第４外筒に対して下方向に作動する１本の第４動力伝達軸から構成されていることから成る請求項２に記載の多関節構造の鉗子。
前記動力伝達軸における前記伝達軸部は，基端に位置して第１軸部を備えた作動軸，前記第１軸部が摺動自在に嵌挿し且つ前記ユニバーサルジョイントに固着された第１フォルダ，前記第１フォルダに摺動自在に嵌挿する第２軸部を備えた第２フォルダ，前記第２フォルダに摺動自在に嵌挿する第３軸部を備えた前記ユニバーサルジョイント，先端の前記ユニバーサルジョイントに固着された前記第１フォルダに摺動自在に嵌挿する第４軸部を備え且つ前記第２ねじ部が形成された駆動軸，並びに前記作動軸と前記第１フォルダとの間，前記第１フォルダと前記第２フォルダとの間．前記第２フォルダと前記ユニバーサルジョイントとの間，及び前記第１フォルダと前記駆動軸との間に配設されたスプリングから構成されており，前記第１，第２，第３及び第４軸部の直径方向に固着され且つ前記第１フォルダと前記第２フォルダとにそれぞれ形成されたスリットに嵌入して非回転状態に長手方向にガイドするピンを備えていることから成る請求項７に記載の多関節構造の鉗子。
前記動力伝達軸における前記伝達軸部は，基端に位置して第１軸部を備えた作動軸，前記第１軸部が摺動自在に嵌挿し且つ前記ユニバーサルジョイントに固着された第１フォルダ，先端の前記ユニバーサルジョイントに固着された前記第１フォルダに摺動自在に嵌挿する第５軸部を備え且つ前記第２ねじ部が形成された駆動軸，並びに前記作動軸と前記第１フォルダとの間，及び前記第１フォルダと前記駆動軸との間に配設されたスプリングから構成されており，前記第１軸部と第５軸部の直径方向に固着され且つ前記第１フォルダに形成されたスリットに嵌入して非回転状態に長手方向にガイドするピンを備えていることから成る請求項７に記載の多関節構造の鉗子。
前記動力伝達軸における前記ユニバーサルジョイントは，長手方向両端に位置する一対の端ヨーク，及び前記端ヨーク間で前記端ヨークに両端が十字形のクロススパイダを用いた関節ピンで連結された中央ヨークから構成されていることから成る請求項１〜９のいずれか１項に記載の多関節構造の鉗子。
前記外筒内に固定された薄板は，前記動力伝達軸の前記伝達軸部に係止して前記伝達軸部の伸縮範囲をそれぞれ規制することから成る請求項１〜１０のいずれか１項に記載の多関節構造の鉗子。
前記把持部材は，前記第１外筒の前記端部に固定された前記連結部にピンによって揺動自在に支持され且つ前記物体を把持するために２本の前記第１動力伝達軸によってそれぞれ互いに揺動して開閉する一対の把持片から構成されていることから成る請求項７に記載の多関節構造の鉗子。
前記外筒，前記関節部材，及び前記動力伝達軸の前記伝達軸部を金属材料で作製して剛性が確保されていることから成る請求項１〜１２のいずれか１項に記載の多関節構造の鉗子。