JP6557731B2 - 関節機構 - Google Patents

Description

本発明は、関節機構に関するものである。

細長い挿入部の先端側に、複数の関節駒を相互に揺動可能に連結して構成した湾曲部を備え、挿入部の基端側に湾曲部を湾曲操作する操作部と、操作部を所定の位置で固定する固定手段とを備えた内視鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２―１７７２０１号公報

特許文献１の内視鏡は、ワイヤの張力によって湾曲部を湾曲させた状態で、操作部を固定することにより湾曲部を所定の湾曲形状に維持するものであるため、軟性の挿入部が長くなるほど湾曲部の保持力が低下するという不都合がある。保持力を上げるためには、ワイヤにかける張力を増大させる必要があり、大きな張力に耐えるためにワイヤを太くする必要がある。ワイヤを太くすると挿入部の可撓性が低下してしまうという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ワイヤの張力を増大させることなく任意の湾曲状態で固定することができる関節機構を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、揺動可能に連結された第１関節部材および第２関節部材と、該第２関節部材に一端が固定され、前記第１関節部材に対して前記第２関節部材を張力により揺動させる細長い張力伝達部材と、前記第１関節部材に移動可能に設けられ、前記張力伝達部材の張力が増大させられたときに前記張力伝達部材によって、該張力伝達部材の長手方向に交差する方向に移動させられて前記第２関節部材に押し付けられることにより、前記第１関節部材と前記第２関節部材とを固定する関節固定部材とを備える関節機構である。

本態様によれば、張力伝達部材に張力を加えることにより、張力伝達部材の一端が固定された第２関節部材が第１関節部材に対して揺動させられて、第２関節部材の端部を移動させ、関節を湾曲させることができる。そして、張力伝達部材の張力が増大させられたときには、張力伝達部材がその長手方向に交差する方向に関節固定部材を移動させ、第１関節部材に設けられている関節固定部材が第２関節部材に押し付けられることにより、第１関節部材と第２関節部材とが関節を湾曲させた任意の位置で固定される。

すなわち、関節固定部材は、張力伝達部材に加えられる張力によって関節を固定するブレーキ部材として機能する。ワイヤに張力をかけ続けることによって湾曲した形態を維持するのではなく、関節固定部材を第２関節部材に押し付けることにより、第１関節部材と第２関節部材との相対的な揺動をロックするので、より小さい張力で関節を固定することができる。

その結果、挿入部の先端に配置される関節機構の場合には、ワイヤの太さを細くすることができる。また、第１関節部材に対して第２関節部材を揺動させるための張力伝達部材を利用して第１関節部材と第２関節部材との相対的な揺動をロックするので、揺動をロックするための専用の張力伝達部材が不要である。これにより、挿入部の可撓性の低下を防止することができる。

上記態様においては、前記張力伝達部材が、前記第１関節部材に対して前記第２関節部材を一方向に揺動させる第１張力伝達部材と、前記第１関節部材に対して前記第２関節部材を他方向に揺動させる第２張力伝達部材とを備え、前記関節固定部材は、前記第１張力伝達部材および前記第２張力伝達部材の両方に所定以上の張力がかけられたときに、前記第２関節部材に押し付けられる方向に移動させられ、前記第１張力伝達部材または前記第２張力伝達部材のいずれかのみに所定以上の張力がかけられたときに、前記第２関節部材から離間する方向に移動させられてもよい。

このようにすることで、第１張力伝達部材あるいは第２張力伝達部材のいずれかのみに所定以上の張力がかけられたときには、関節固定部材が第２関節部材から離間する方向に移動させられて第１関節部材と第２関節部材とのロックが解除され、張力がかけられた側の第１張力伝達部材または第２張力伝達部材による揺動方向に、第１関節部材に対して第２関節部材を容易に揺動させることができる。一方、第１張力伝達部材および第２張力伝達部材の両方に所定以上の張力がかけられたときには、関節固定部材が第２関節部材に押し付けられる方向に移動され、第１関節部材と第２関節部材とが相対的に揺動しないようにロックされる。両方の張力伝達部材に張力をかける操作は関節を揺動させる意思を伴わないので、関節の揺動を固定する操作として直感的かつ有効に利用できる。

また、上記態様においては、前記関節固定部材および前記第２関節部材に、両者が相互に押し付けられる部位に、相互に噛み合う凹凸が設けられていてもよい。
このようにすることで、関節固定部材が移動させられて第２関節部材に押し付けられるときには、両者に設けられた凹凸が噛み合うことで大きな摩擦力を発生させ、第１関節部材に対する第２関節部材の揺動を小さい力でロックすることができる。

また、上記態様においては、前記関節固定部材が、減速機構を介して前記第２関節部材に押し付けられてもよい。
このようにすることで、関節固定部材が第２関節部材に押し付けられることによる固定力が減速機構によって増幅されるので、より小さい力で第１関節部材に対する第２関節部材の揺動をロックすることができる。

また、上記態様においては、前記関節固定部材を前記第２関節部材から離間する方向に付勢する付勢部材を備えていてもよい。
このようにすることで、張力伝達部材に所定以上の張力がかかっていないときには、付勢部材によって関節固定部材が第２関節部材から離間させられており、第１関節部材に対する第２関節部材の揺動が阻害されない。張力伝達部材に所定以上の張力がかかったときには、付勢部材による付勢力に抗して関節固定部材が第２関節部材に押し付けられる方向に移動させられ、第１関節部材に対する第２関節部材の揺動をロックすることができる。

本発明によれば、ワイヤの張力を増大させることなく任意の湾曲状態で固定することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る関節機構であって、一方のリンク部材と一方のプーリとの接触により２つの関節部材の揺動が固定された状態を示す図である。 図１の関節機構において、他方のリンク部材と他方のプーリとの接触により２つの関節部材の揺動が固定された状態を示す図である。 図１の関節機構において、第１関節部材に対して第２関節部材を一方向に揺動させた状態を示す図である。 図３の状態において関節固定部材により２つの関節部材の揺動が固定された状態を示す図である。 図１の関節機構の第１の変形例を示す図である。 図１の関節機構の第２の変形例を示す図である。

本発明の一実施形態に係る関節機構１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る関節機構１は、例えば、細長い軟性の挿入部を有する医療機器において、挿入部の先端に配置され、挿入部内を貫通してきたワイヤ（張力伝達部材）４，５によって駆動される関節機構である。

本実施形態に係る関節機構１は、図１および図２に示されるように、揺動軸Ａ回りに揺動可能に連結された第１関節部材２および第２関節部材３と、第１関節部材２に対して第２関節部材３を揺動させるための２本のワイヤ（張力伝達部材、第１張力伝達部材、第２張力伝達部材）４，５と、第１関節部材２に対して第２関節部材３を固定する関節固定機構６とを備えている。

第２関節部材３には、２本のワイヤ４，５をそれぞれ巻きかける２つのプーリ７，８が固定されている。２つのプーリ７，８は、それぞれ第１関節部材２に対する第２関節部材３の揺動軸Ａを中心とした円板状に形成され、揺動軸Ａの長さ方向に重ねて固定されている。図１にはプーリ７のみ、図２にはプーリ８のみが表示されている。

各プーリ７，８の外周には、周方向の一部に、巻き付けられるワイヤ４，５を部分的に収容する溝７ａ，８ａと、関節固定機構６を構成する凹凸７ｂ，８ｂとが設けられている。また、各プーリ７，８には、巻きかけられたワイヤ４，５の端部を固定するワイヤ固定部７ｃ，８ｃが設けられている。

２つのプーリ７，８には、図１および図２に示されるように、ワイヤ４，５が異なる方向に巻きかけられている。これにより、いずれかのワイヤ４，５に張力がかけられると、いずれかのプーリ７，８に逆方向の回転力が発生するようになっている。

関節固定機構６は、第１関節部材２に取り付けられた２つのリンク部材（関節固定部材）９，１０と、上述したプーリ７，８の外周面に備えられた凹凸７ｂ，８ｂとにより構成されている。２つのリンク部材９，１０は連結ピン１１によってピン結合されることにより鋏のように相互に揺動可能に連結されているとともに、第１関節部材２に設けられた長孔１２に連結ピン１１を移動可能に収容することにより、第１関節部材２に取り付けられている。

各リンク部材９，１０の一端は、いずれかのプーリ７，８の凹凸７ｂ，８ｂが設けられた位置に対向可能に配置されており、プーリ７，８の凹凸７ｂ，８ｂに噛み合うことができる凹凸９ａ，１０ａを有している。また、各リンク部材９，１０の他端には、そのリンク部材９，１０の一端が対向しているプーリ７，８に巻かれたワイヤ４，５の長手方向の途中位置がかけられている。これにより、ワイヤ４，５に張力が加えられると、ワイヤ４，５がリンク部材９，１０の他端をワイヤ４，５の径方向に押圧するようになっている。
図中、符号１３は第１関節部材２に設けられ、各ワイヤ４，５を貫通させる貫通孔である。

このように構成された本実施形態に係る関節機構１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る関節機構１を作動させるには、図３に示されるように、第１関節部材２に対して第２関節部材３を揺動させたい方向のワイヤ４に張力をかけ、他のワイヤ５は緩めた状態とする。

張力がかけられたワイヤ４は、一方のリンク部材９の他端を径方向に押す一方、張力がかけられていないワイヤ５は他方のリンク部材１０から押されるまま弛んだ状態となる。これにより、２つのリンク部材９，１０は、連結ピン１１を長孔１２内で移動させて、張力がかけられていないワイヤ５側へと移動する。

その結果、ワイヤ４によって押圧された一方のリンク部材９の一端は、プーリ７の外周面から離間させられる。ワイヤ５によって押圧されていない他方のリンク部材１０もプーリ８の外周面に押し付ける力が何ら発生しない。これにより、２つのリンク部材９，１０の凹凸９ａ，１０ａは、いずれもプーリ７，８の外周面に設けられた凹凸７ｂ，８ｂに噛み合わないので、関節固定機構６による固定は行われず、第２関節部材３を第１関節部材２に対して、ワイヤ４の張力に応じて容易に揺動させることができる。他方のワイヤ５に張力をかけ、一方のワイヤ４を緩めた状態とする場合も同様である。

また、本実施形態に係る関節機構１において、第１関節部材２に対して第２関節部材３を固定するには、２本のワイヤ４，５の両方に張力を加える。
例えば、図１および図２に示されるように、第１関節部材２と第２関節部材３とが一直線上に並んでいる状態で、両方のワイヤ４，５に張力をかけると、２つのプーリ７，８に逆方向に回転力が作用するので第２関節部材３は揺動しない。さらに、２つのワイヤ４，５から２つのリンク部材９，１０に加えられる力は、互いに向き合う方向の同等の力であるので、連結ピン１１も長孔１２内で移動しない。

そのうえ、２つのワイヤ４，５が２つのリンク部材９，１０の他端どうしを相互に近接する方向に押圧するので、連結ピン１１によって連結された２つのリンク部材９，１０の一端どうしが鋏を閉じるようにして相互に近接する方向に移動させられる。これにより、各リンク部材９，１０の一端に対向しているプーリ７，８の凹凸７ｂ，８ｂにリンク部材９，１０の凹凸９ａ，１０ａが噛み合い、第１関節部材２に対する第２関節部材３の揺動が固定されることになる。

また、図３に示されるように、第１関節部材２に対して第２関節部材３を揺動させた任意の位置においても、図４に示されるように、両方のワイヤ４，５に同等の張力を加えることにより、２つのリンク部材９，１０の凹凸９ａ，１０ａを２つのプーリ７，８の凹凸７ｂ，８ｂに噛み合わせて、第１関節部材２に対する第２関節部材３の揺動を固定することができる。

すなわち、本実施形態に係る関節機構１によれば、ワイヤ４，５にかける張力を維持することにより関節の動作を固定するのではなく、リンク部材９，１０をプーリ７，８に押し付けて関節の動作にブレーキをかけるので、より小さい張力で関節の動作を固定することができるという利点がある。張力が小さくてすむのでワイヤ４，５の径を太くせずにすむ。また、第１関節部材２に対して第２関節部材３を揺動させるために使用するワイヤ４，５によって関節の動作にブレーキをかけるので、ブレーキ用の別個のワイヤを用意する必要がない。その結果、挿入部を通過するワイヤ４，５の太さを小さくし、本数を増やさずにすむので、挿入部の可撓性の低下を防止することができるという利点がある。

また、本実施形態においては、リンク部材９，１０とプーリ７，８とに相互に噛み合う凹凸９ａ，１０ａ，７ｂ，８ｂを設けたので、両者間の摩擦を増大させることができ、より確実に関節の動作を固定することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、リンク部材９，１０およびプーリ７，８に相互に噛み合う凹凸９ａ，１０ａ，７ｂ，８ｂを設けたが、凹凸９ａ，１０ａ，７ｂ，８ｂは必ずしも設ける必要はない。凹凸９ａ，１０ａ，７ｂ，８ｂを設けずにリンク部材９，１０をプーリ７，８に押し付ける力による摩擦によって関節の動作にブレーキをかけてもよく、その場合には、凹凸９ａ，１０ａ，７ｂ，８ｂを噛み合わせる必要がないので、連続する任意の揺動角度において関節の動作を固定することができる。

また、リンク部材９，１０としては、プーリ７，８に押し付けられる一端側の連結ピン１１からの長さがワイヤ４，５から力を受ける他端側の連結ピン１１からの長さに対して可能な限り短いことが好ましい。これにより、この原理によって、ワイヤ４，５からの小さい押圧力によって、リンク部材９，１０をプーリ７，８に押し付ける大きな押し付け力を発生することができ、さらに容易に固定することができる。

また、本実施形態においては、リンク部材９，１０の一端をプーリ７，８の外周に直接押し付けることとしたが、これに代えて、図５に示されるように、減速機構１４を介して間接的に第２関節部材３に押し付けることにしてもよい。減速機構１４としては、例えば、第１関節部材２に回転可能に支持された第１歯車１４ａと第２関節部材３に固定された第２歯車１４ｂとを備え、第１歯車１４ａの歯数が第２歯車１４ｂの歯数より多いものを挙げることができる。そして、リンク部材９，１０の凹凸９ａ，１０ａは第１歯車１４ａと噛み合うようになっている。

このようにすることで、第１歯車１４ａに加える回転力は第２歯車１４ｂに増幅して伝達されるので、リンク部材９，１０によって第１歯車１４ａを固定する力が小さくても、第２歯車１４ｂを容易に固定し、第１関節部材２に対する第２関節部材３の固定を容易に行うことができるという利点がある。

また、本実施形態においては、関節固定部材として一対のリンク部材９，１０を例示したが、これに代えて、図６に示されるように、第１関節部材２に、ワイヤ４，５の間に、変形可能に支持された板バネ（関節固定部材）１５を採用してもよい。図中、符号１６は板バネ１５を支持する支持部材である。
すなわち、ワイヤ４，５が弛んでいる状態では、板バネ１５は、図６に鎖線で示されるように延びて、プーリ７，８から離間しているが、２本のワイヤ４，５に張力が加えられると、図６に実線で示されるように変形させられる結果、その表面がプーリ７，８の外周面に押し付けられて、両者の摩擦により、関節の動作を固定することができる。

また、リンク部材９，１０には、リンク部材９，１０を相互に開く方向に付勢するトーションバネのような付勢部材（図示略）が設けられていてもよい。このようにすることで、ワイヤ４，５から押されていない状態では、リンク部材９，１０が付勢部材によって相互に開く方向に付勢されるので、関節の動作中にリンク部材９，１０の凹凸９ａ，１０ａとプーリ７，８の凹凸７ｂ，８ｂとが噛み合ってしまう不都合の発生を防止することができ、関節の動作をスムーズにすることができる。

また、張力伝達部材としてワイヤ４，５を例示したが、これに代えて、他の任意の長尺な張力伝達部材を採用してもよい。

１ 関節機構
２ 第１関節部材
３ 第２関節部材
４，５ ワイヤ（張力伝達部材、第１張力伝達部材、第２張力伝達部材）
７ｂ，８ｂ，９ａ，１０ａ 凹凸
９，１０ リンク部材（関節固定部材）
１４ 減速機構
１５ 板バネ（関節固定部材）

Claims (5)

1. 揺動可能に連結された第１関節部材および第２関節部材と、
   該第２関節部材に一端が固定され、前記第１関節部材に対して前記第２関節部材を張力により揺動させる細長い張力伝達部材と、
   前記第１関節部材に移動可能に設けられ、前記張力伝達部材の張力が増大させられたときに前記張力伝達部材によって、該張力伝達部材の長手方向に交差する方向に移動させられて前記第２関節部材に押し付けられることにより、前記第１関節部材と前記第２関節部材とを固定する関節固定部材とを備える関節機構。
2. 前記張力伝達部材が、前記第１関節部材に対して前記第２関節部材を一方向に揺動させる第１張力伝達部材と、前記第１関節部材に対して前記第２関節部材を他方向に揺動させる第２張力伝達部材とを備え、
   前記関節固定部材は、前記第１張力伝達部材および前記第２張力伝達部材の両方に所定以上の張力がかけられたときに、前記第２関節部材に押し付けられる方向に移動させられ、前記第１張力伝達部材または前記第２張力伝達部材のいずれかのみに所定以上の張力がかけられたときに、前記第２関節部材から離間する方向に移動させられる請求項１に記載の関節機構。
3. 前記関節固定部材および前記第２関節部材に、両者が相互に押し付けられる部位に、相互に噛み合う凹凸が設けられている請求項１または請求項２に記載の関節機構。
4. 前記関節固定部材が、減速機構を介して前記第２関節部材に押し付けられる請求項１または請求項２に記載の関節機構。
5. 前記関節固定部材を前記第２関節部材から離間する方向に付勢する付勢部材を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の関節機構。

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