JP6668436B2 - 遠隔操作手術システムのための力伝達機構 - Google Patents

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Description

本願は、２０１３年５月１５日に出願された米国特許仮出願第６１／８２３，６８８号についての利益を主張するものであり、この文献は、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
本開示の態様は、押込／引張ロッドの回転及び並進運動を可能にするような接続部を含む力伝達機構に関する。本開示の態様は、押込／引張ロッドの回転及び並進運動を可能にする接続部を含む力伝達機構を有するような遠隔操作手術システムにも関する。
低侵襲手術の利点がよく知られており、これらの利点として、従来の観血切開手術と比較した場合に、患者に与える外傷が少なく、失われる血液が少なく、且つ回復時間が速いことが挙げられる。また、カリフォルニア州サニーベールのIntuitive Surgical社製のda Vinci（登録商標）手術システム等の遠隔操作手術システム（例えば、テレプレゼンスを提供するロボットシステム）の使用が、知られている。このような遠隔操作手術システムによって、手動で行われる低侵襲手術と比較した場合に、外科医が、直感的な制御及び高い精度で操作を行うことが可能になる。
遠隔操作手術システムは、１つ又は複数の手術用器具又はツールを含むことができる。外科医によって指示された動作を行うために、遠隔操作手術システムは、手術用器具の動きを可能にする接続部又は手術用器具が取り付けられた構成要素を、複数の方向で使用することができる。換言すれば、接続部は、手術用器具の動きについて複数の自由度を提供するように使用することができる。また、接続部は、アクチュエータからの駆動力を医療器具に又はこの器具が取り付けられた構成要素に移すために使用することができる。こうして、接続部は、様々な機能及び運動が機械的又は構造的な意味において互いに競合する場合でも、これらの様々な機能及び運動を提供することが必要になることがある。
本開示の例示的な実施形態は、上述した問題の１つ又は複数を解決することができ、及び／又は上述した所望の特徴の１つ又は複数を実証することができる。他の特徴及び／又は利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、遠隔操作手術用器具のための力伝達機構は、ギヤ、押込／引張駆動要素、及びボール要素を含むことができる。ギヤは、駆動入力機構によって駆動するように構成することができる。押込／引張駆動要素は、力を伝達して手術用器具のエンドエフェクタを作動させるように構成することができる。ボール要素は、ギヤ及び押込／引張駆動要素を作動可能に結合し、ギヤの駆動運動が、押込／引張駆動要素に伝達され、エンドエフェクタを作動させる。
少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、遠隔操作手術用器具のための力伝達機構は、ギヤ、押込／引張駆動要素、及び接続要素を含むことができる。押込／引張駆動要素は、力を伝達して手術用器具のエンドエフェクタを作動させ、且つ力伝達機構により手術用器具のシャフトが回転される場合に、このシャフトと共に回転するように構成することができる。接続要素は、ギヤ及び押込／引張駆動要素を作動可能に結合することができる。接続要素は、ギヤの回転運動を押込／引張駆動要素の実質的な直線運動に変換するように構成することができる。接続要素は、押込／引張駆動要素と共に回転し、且つギヤに対して回転するように構成することができる。
少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、遠隔操作手術システムのための手術用器具は、シャフト、このシャフトの先端部に配置されたエンドエフェクタ、及びシャフトの基端部に配置された力伝達機構を含む。力伝達機構は、ギヤ、押込／引張駆動要素、及び接続要素を含むことができる。ギヤは、駆動入力機構によって駆動されるように構成することができる。押込／引張駆動要素は、シャフトに沿ってエンドエフェクタに対して延びることができる。押込／引張駆動要素は、力を伝達してエンドエフェクタを作動させるように構成することができる。接続要素は、ギヤ及び押込／引張駆動要素を作動可能に結合し、ギヤの回転運動を押込／引張駆動要素の実質的な直線運動に変換してエンドエフェクタを作動させることができる。接続要素は、押込／引張駆動要素と共に回転し、且つギヤに対して回転するように構成することができる。
更なる目的、特徴及び／又は利点は、以下の詳細な説明において部分的に説明され、一部は、詳細な説明から明らかになり、又は本開示及び／又は特許請求の範囲に記載の発明を実施することによって知得することができる。これらの目的及び利点の少なくとも一部は、添付の特許請求の範囲で特に指摘される要素及びこれらの要素の組合せによって実現され且つ達成することができる。
前述した発明の概要及び以下の詳細な説明は、単なる例示及び説明であり、特許請求の範囲を限定するものではないことを理解すべきある。むしろ特許請求の範囲は、均等物を含む特許請求の範囲の完全な範囲に権利が与えられると考えるべきである。
遠隔操作手術システムにおける患者側カートの例示的な実施形態の正面図である。 力伝達機構を含む手術用器具の例示的な実施形態の平面図である。 本発明の教示に従った押込／引張器具の設計に使用される力伝達機構の例示的な実施形態の斜視図である。 図３の力伝達機構の分解図である。 本発明の教示に従った力伝達機構のセクタギヤとボール接続部との間の接続部の例示的な実施形態の斜視図である。 図５Ａの線５Ｂ−５Ｂに沿った図であり、力伝達機構のボール接続部用のソケットの例示的な実施形態の断面図である。 セクタギヤに回転運動を適用した場合の、セクタギヤと、ボール接続部と、押込／引張駆動ロッド要素との間の接続部の例示的な実施形態を示す平面図である。 図５Ａの力伝達機構の平面図である。 押込／引張駆動ロッド要素を前方位置に前進させた場合の、図７の力伝達機構の平面図である。 押込／引張駆動ロッド要素が後退位置にある場合の、セクタギヤ及びボール接続部の別の例示的な実施形態の平面図である。 押込／引張駆動ロッド要素を前方位置に部分的に前進させた場合の、図９Ａのセクタギヤ及びボール接続部の例示的な実施形態の平面図である。 押込／引張駆動ロッド要素を前方位置に完全に前進させた場合の、図９Ａのセクタギヤ及びボール接続部の例示的な実施形態の平面図である。 図９Ａに示したボール接続部とセクタギヤの回転軸線との位置関係を示す平面図である。 図９Ｂに示したボール接続部とセクタギヤの回転軸線との位置関係を示す平面図である。 図９Ｃに示したボール接続部とセクタギヤの回転軸線との位置関係を示す平面図である。 本発明の教示に従った押込／引張器具の設計に使用される力伝達機構の別の例示的な実施形態の斜視図である。 図１１の力伝達機構の分解斜視図である。 付勢装置を含む力伝達機構の例示的な実施形態の平面図である。 押込／引張器具の設計に使用される力伝達機構の例示的な実施形態の分解斜視図である。 押込／引張器具の設計に使用される力伝達機構の一部の斜視図である。 シャーシが示された状態の、図１５の線１６−１６に沿った断面図である。 例示的な実施形態に従った、伝達機構のシャーシとロッカー部材との背面図である。
本発明は、以下の詳細な説明から単独で又は添付図面と共に理解することができる。図面は、本開示の更なる理解を提供するために含められ、且つ本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本教示の１つ又は複数の例示的な実施形態を例示しており、且つ詳細な説明と共に、特定の原理及び動作を説明するのに役立つ。
本明細書の実施形態の態様は、カリフォルニア州サニーベールのIntuitive Surgical社製のda Vinci（登録商標）手術システム（特に、da Vinci（登録商標）手術システムSiTMHDTMとして販売されているモデルIS3000）を使用した実装態様の観点から主に説明する。しかしながら、有識者は、本明細書に開示される発明の態様が、遠隔操作及び非遠隔操作の実施形態及びこの実装態様を含む様々な方法で具体化され且つ実施できることを理解するだろう。da Vinci（登録商標）手術システム（例えば、da Vinci（登録商標）SiTMHDTM手術システムとして販売されるモデルIS3000；モデルIS2000）での実装態様は、単なる例示であり、本明細書に開示される本発明の態様の範囲を限定するものとしてみなすべきではない。
本開示の様々な例示的な実施形態は、力伝達機構を有する遠隔操作手術システムを企図しており、その力伝達機構は、押込／引張ロッド又はワイヤの回転及び並進運動を可能にする接続部を含む。本開示の例示的な実施形態は、遠隔操作手術システムのための力伝達機構も企図しており、この力伝達機構は、押込／引張ロッド又はワイヤの回転及び並進運動を手術用器具において可能にする接続部を有する。
図１は、遠隔操作手術システムの患者側（ペイシェント）カート要素１００の正面図である。遠隔操作手術システムによって、外科医が、手術チームの支援を受けて、患者への診断を行い且つ患者への外科的処置を修正することが可能になる。このような遠隔操作手術システムは、２０１３年１０月１日に発行された米国特許第８，５４５，５１５号に記載されており、この文献は、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。患者側カートは、床の上に載置されるベース１０２と、このベース１０２に取り付けられた支持タワー１０４と、（立体視内視鏡を含む）手術用ツールを支持するいくつかのアームとを含む。例示的な実施形態によれば、手術用ツールは、２００４年１１月１６日に発行された米国特許第６，８１７，９７４号、及び２００２年５月２８日に発行された米国特許第６，３９４，９９８号に記載された実施形態に従って構成してもよく、これらの文献は、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
図１に示されるように、アーム１０６ａ，１０６ｂが、組織を操作するために使用される手術用器具を支持し且つ移動させるような器具アームであり、アーム１０８が、内視鏡を支持し且つ移動させるようなカメラアームである。図１は、支持タワー１０４の背面側で支持されており且つ外科的処置を行うために、必要に応じて患者側カートの左側又は右側のいずれかに位置付けされるオプションの第３の器具アーム１０６ｃを示す。図１は、さらに、器具アーム１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃに取り付けられた交換可能な手術用器具１１０ａ，１１０ｂ、１１０ｃを示しており、その図１は、カメラアーム１０８に取り付けられた内視鏡１１２も示している。手術用器具１１０ａは、手術用器具を支持し且つ移動させるようなマニピュレータ部分１２０（患者側マニピュレータ「PSM」）を介してアーム１０６ａに取り付けることができる。
図２は、手術用器具２００の例示的な実施形態の平面図である。手術用器具２００は、力伝達機構２１０と、手術用器具の先端部２２４におけるエンドエフェクタ２２０と、力伝達機構２１０及びエンドエフェクタ２２０を結合するシャフト２２２とを含むことができる。手術用器具２００は、力伝達機構２１０とエンドエフェクタ２２０との間で力を移動させるための１つ又は複数の部材を含むことができる。例えば、１つ又は複数の部材（複数可）２２６によって、力伝達機構２１０をエンドエフェクタ２２０に接続して、シャフト２２２の内部を通して延ばすことにより、作動力をエンドエフェクタ２２０に提供することができる。部材（複数可）２２６を利用することにより、力伝達機構２１０によって、エンドエフェクタ２２０を作動して、例えば、器具２００の手首機構を制御する及び／又はエンドエフェクタ２２０の顎部（又は他の可動部）を制御することができる。さらに、エンドエフェクタ２２０をシャフト２２２に固定することができるので、力変換機構２１０からエンドエフェクタ２２０に移された力は、次に、力変換機構２１０によってエンドエフェクタ２２０をロール運動するように作動させる場合に、シャフト２２２に移すことができる。
部材（複数可）２２６は、力伝達機構２１０が引張／引抜(pull-pull)機構である場合に、張力要素の形態であってもよく、又は力伝達機構２１０が駆動ロッド要素等の押込／引張(push-pull)機構である場合に、１つ又は複数の力分離ロッドの形態であってもよく、これらの形態は、２０１３年１０月１日に発行された米国特許第８，５４５，５１５号に記載されており、この文献は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
力伝達機構２１０は、患者側カート１００と係合して、患者側カートによって提供される力を手術用器具２００に移すための１つ又は複数の構成要素を含むことができる。例示的な実施形態によれば、力伝達機構２１０は、患者側カート１００のＰＳＭ１２０と係合する１つ又は複数の相互接続(interface)ディスク２１２，２１４を含むことができる。こうして、相互接続ディスク２１２，２１４は、ＰＳＭ１２０内のアクチュエータ（例えば、サーボ機構（図示せず））と結合して、このアクチュエータ（例えば、サーボ機構）からの力を手術用器具２００に移動する。こうして、相互接続ディスク２１２，２１４は、ＰＳＭ１２０からの駆動力を利用して、器具２００を作動させる。例えば、第１のディスク２１２は、ロール運動をシャフト２２２に提供するとともにエンドエフェクタ２２０のロールＤＯＦを提供するように構成することができ、一方、第２のディスク２１４は、エンドエフェクタ２２０の顎部機構を操作して、この顎部を開閉することができる。
図２の力伝達機構によって、制御要素の回転及び並進運動の正確な移動が、遠隔操作手術システムの手術用器具に供給される。しかしながら、このような力伝達機構は、多くの可動部品と噛合要素を必要とし、製造コストを増大させ、メンテナンス及び清掃がより困難になり、潜在的にそのような要素を複数回使用することが制限される。有利には、より少ない部品を使用し、且つより低い製造コストを提供しつつ、押込／引張駆動ロッド要素の回転及び並進運動の両方を可能にするような接続部を含む力伝達機構を提供することが望ましい。コストを削減することに加えて、部品点数を減らすことによって、力伝達機構の清掃の効率を向上させることができる。
図３を参照すると、遠隔操作手術システムのための押込／引張器具の設計に使用される力伝達機構５００の例示的な実施形態が示されている。力伝達機構５００は、２０１３年１０月１日に発行された米国特許第８，５４５，５１５号に記載された実施形態の力伝達機構の特徴部を含む、上述した力伝達の実施形態の機構を含むことができ、その文献は、参照することにより本明細書に組み込まれる。例えば、力伝達機構５００は、他の装置と相互接続する入力又は相互接続ディスク５０６を含み、このディスクは、例えばＰＳＭのキャリッジ等のＰＳＭのアクチュエータ（例えば、サーボ機構）と結合することによって、力又は運動を器具に提供することができる。例えば、入力ディスク５０６は、エンドエフェクタの顎部機構を開閉する等のエンドエフェクタについての並進運動を提供することができ、及び第２の入力又は相互接続ディスク（図示せず）は、後述するように、回転運動をシャフト（図示せず）に提供することができる。
力伝達機構５００は、力伝達機構５００の構成要素を実装又は取り付けるベース５０４を含むことができる。図３の例示的な実施形態に示されるように、力伝達機構５００は、入力ディスク５０６を含むことができる。入力ディスク５０６は、例えばＰＳＭ１２０のキャリッジの力伝達ディスク等のアクチュエータ（例えば、サーボ機構）と結合することができ、アクチュエータ（例えば、サーボ機構）からの作動力をＰＳＭ１２０に結合する。
力伝達機構５００は、図３の例示的な実施形態に示されるように、ギヤ５０８をさらに含むことができる。このギヤ５０８は、力伝達機構５００内のスペースを節約するために有用な幾何学的形状又は構成を有するようなギヤとすることができる。例示的な実施形態によれば、ギヤ５０８は、セクタギヤ５０８とすることができる。参照を容易にするために、ギヤ５０８を、セクタギヤとして参照するが、他のギヤ構成を使用してもよい。
セクタギヤ５０８は、より少ないスペースで済み、他のギヤ構成よりも少ない部品点数で済む。例えば、セクタギヤ５０８の一部５０７のみが、図６の例示的な実施形態に示されるように、入力ディスク５０６と係合するための歯又は他の構造を含む全外周又は周囲ギヤの代わりに、入力ディスク５０６の対応する歯又は他の構造と係合するような歯又は他の構造を含むことができる。さらに後述するように、セクタギヤ５０８がギヤ５０８の一部５０７のみに歯又は他の係合構造を含むので、入力ディスク５０６によってトルクがセクタギヤ５０８に提供される場合に、ギヤ５０８は、力伝達機構５００内の制限された量のスペースを通って移動することができる。結果として、比較的小さな空間（オープンスペース）が、セクタギヤ５０８の回転運動に対応するように力伝達機構５００内で必要とされる。
図３の例示的な実施形態に示されるように、セクタギヤ５０８を、押込／引張駆動ロッド要素５０２に結合又は他の方法で接続することができる。押込／引張駆動ロッド要素５０２を、手術用器具（図示せず）のエンドエフェクタに結合することができ、それによって、ロッド５０２を押し込み及び引っ張ることによって、エンドエフェクタを作動させることができる。例えば、鉗子エンドエフェクタについて、押込／引張駆動ロッド要素５０２を押し込むことによって、鉗子の顎部を開くことができる一方で、ロッド５０２を引っ張ることによって、顎部を閉じることができる。同様に、ロッド５０２を押込み及び引張りによって、ハサミを開閉する。例示的な実施形態によれば、押込／引張駆動ロッド要素５０２に結合されたエンドエフェクタは、２０１３年１０月１日に発行された米国特許第８，５４５，５１５号に記載された例示的な実施形態に従って構成することができ、この文献は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
例示的な実施形態によれば、セクタギヤ５０８を、入力ディスク５０６に結合することができる。結果として、回転力が、ＰＳＭのアクチュエータからの作動力を結合するキャリッジ等のアクチュエータ（例えば、サーボ機構）等を介して、入力ディスク５０６に加えられた場合に、入力ディスク５０６の回転によって、セクタギヤ５０８を回転させることができる。ただし、後述するように、セクタギヤ５０８によって、その回転運動をロッド５０２の実質的な直線運動に変換することができる。さらに後述するように、セクタギヤ５０８とロッド５０２との間の接続部によって、ロッド５０２の直線状の並進運動に加えて、ロッド５０２の回転運動を可能にすることができる。
図４を参照すると、図３に示される力伝達機構５００の例示的な実施形態の特徴をさらに説明するために、伝達機構５００の分解斜視図が示されている。図４に示されるように、入力ディスク５０６を、力伝達機構５００のベース５０４の開口部５３７を通して挿入することができ、それによって、入力ディスク５０６を、セクタギヤ５０８と係合させることができる。例えば、入力ディスク５０６は、セクタギヤ５０８の一部５０７と係合する歯５０５又は他の構造を含むことができ、この係合部分は、入力ディスク５０６及びセクタギヤ５０８と係合するような歯又は他の対応する構造を含む。
力伝達機構５００の構成要素は、所定範囲のギヤ比の中からあるギヤ比を使用するように構成することができる。例えば、種々のギヤ比は、特定の器具及び／又はエンドエフェクタのために要求されるトルク及び要求される走行長さに依存しても構わない。より高いギヤ比は、利用可能な大きな量のトルク及び押込／引張駆動ロッド要素の比較的少ない移動量をもたらすことができ、このギヤ比は、把握を行うために有利である。例えば、比較的大きな量のトルクは、縫合針を把持する、又はクリップを発射するために有用である。低いギヤ比は、利用可能な小さいトルクをもたらすが、押込／引張駆動ロッド要素について比較的大きな移動量をもたらす。例示的な実施形態によれば、力伝達機構は、力伝達機構の特定の用途に応じて、約２：１〜約８：１の範囲のギヤ比を用いてもよい。別の実施形態によれば、力伝達機構は、約３：１〜約３．５：１の範囲のギヤ比を用いてもよい。これらのギヤ比は、力伝達機構の構成要素によって利用されてもよく、異なる構成要素が、異なるギヤ比を使用してもよい。本発明の教示による例示的な実施形態では、入力ディスク５０６及びセクタギヤ５０８の係合構造は、例えば約６０:１２等の、約５：１のギヤ比を提供するように構成してもよい。
例示的な実施形態によれば、入力ディスク５０６は、力伝達機構５００の第１の側５０１又は裏側に取り付ける又は他の方法で搭載してもよく、セクタギヤ５０８は、力伝達機構５００の第２の側５０３又は内側に取り付ける又は他の方法で搭載してもよい。セクタギヤ５０８の一部及び入力ディスク５０６は、力伝達機構５００のベース５０４の開口部５３７を介して互いに係合することができる。
例示的な実施形態によれば、力伝達機構５００は、セクタギヤ５０８を支持するための１つ又は複数の構造体を含むことができる。例えば、力伝達機構５００は、図４に示されるように、セクタギヤ５０８の下に位置する軸受５１４を含むことができる。軸受５１４は、ベース５０４のポケット５３５内に挿入することができ、このポケットには、開口部５３５内で軸受５１４を支持する構造体（図示せず）を含めることができる。例えば、力伝達機構５００のベース５０４は、軸受５１４がその上に載置されるポケット５３５内に、フランジ又は棚部(ledge)（図示せず）を形成してもよい。
上述したように、セクタギヤ５０８を押込／引張駆動ロッド要素５０２に接続することができ、それによって、入力ディスク５０６を介してセクタギヤ５０８にトルクを加えた場合に、セクタギヤ５０８の回転運動をロッド５０２の実質的な直線運動に変換することができ、次に、ロッド５０２が結合された手術用器具のエンドエフェクタを作動させることができる。しかしながら、ロッド５０２の長手方向軸線の周りに実質的な回転自由度を手術用器具に提供することが所望される。結果として、セクタギヤ５０８の回転運動をロッド５０２の実質的な直線運動に変換し、且つロッド５０２がセクタギヤ５０８に対して自由に回転できるようにする両方のための、セクタギヤ５０８と押込／引張駆動ロッド要素５０２との間の接続部が所望される。
例示的な実施形態によれば、図４に示されるように、押込／引張駆動ロッド要素５０２を、ボール接続部５２０を介してセクタギヤ５０８に接続することができる。ボール接続部５２０は、図４に示されるように、ボール接続部５２０を通る孔５２４を含む例えば略球形のボールの形状を有することができ、ロッド５０２がその孔を貫通することができる。孔５２４は、例えばボール接続部５２０の中心を実質的に通過し、実質的にロッド５０２の外径の大きさとすることができる。
略球形のボールのサイズは、例えば力伝達機構内で利用可能なスペース、生成するのに必要な力、及び部品（複数可）のコストのバランスをとるために、選択してもよい。例えば、ボールは、コスト及び力伝達機構内のスペースを節約するために、比較的小さくてもよい。しかしながら、ボールは、ボールを力伝達機構内に保持することが困難となる程小さくし過ぎてはならない。他方で、ボールが比較的大きい場合に、ボールは、追加的な利点をもたらすことなく、単に追加コスト及びスペースが必要となる。例示的な実施形態によれば、ボールは、約０．１２５インチ（約３．１７５ミリメートル）〜約０．５インチ（約１２．７ミリメートル）の直径を有することができる。別の例示的な実施形態によれば、ボールは、約０．２５インチ（約６．３５ミリメートル）の直径を有することができる。
例示的な実施形態によれば、ボール接続部５２０は、ボール接続部５２０を押込／引張駆動ロッド要素に固定するための１つ又は複数の構造体を含むことができる。このような構造体によって、ロッド５０２の長さに対してボール接続部５２０の位置を固定することができ、それによって、セクタギヤ５０８がボール接続部５２０を介してロッド５０２に並進運動を提供する場合に、ロッド５０２が、ボール接続部５２０内で単に摺動せず、ボール接続部５２０の結果として押し込まれ及び引っ張られる。
セクタギヤ５０８と押込／引張駆動ロッド要素５０２との間で組み立てられた接続部の例示的な実施形態の拡大図を示す図５Ａを参照すると、ボール接続部５２０は、ボール接続部５２０をロッド５０２に接続する１つ又は複数の留め具５２２を含むことができる。留め具５２２は、例えば溶接、機械的接続、又は当該技術分野で使用される他の接合を介してボール接続部５２０のボール要素又は部分５２６に接続された又は係合している別部品として形成してもよく、又は留め具５２２及びボール要素５２６は、一体式の、単一部品構造を用いて形成してもよい。こうして、ボール接続部５２０の孔５２４は、ボール要素５２６とボール接続部５２０の１つ又は複数の留め具５２２との両方を通過することができ、且つこれら両方によって形成される。
例示的な実施形態によれば、図５Ａに示されるように、留め具５２２は、例えば、ロッド５０２が通過する略円筒形状であってもよい。ロッド５０２がボール接続部５２０の孔５２４を通して挿入された後に、ロッド５０２を１つ又は複数の留め具５２２を用いてボール接続部５２０に固定することができる。例示的な一実施形態によれば、力を留め具５２２に加えて、留め具５２２をロッド５０２の周りで変形させ且つクリンプさせ、それによって、留め具５２２がもはやロッド５０２に対して移動することができないように、ロッド５０２を留め具５２２に固定することができる。そのような実施形態では、留め具５２２は、留め具５２２をロッド５０２に固定するためにロッド５０２上での留め具５２２の変形によって「クリンプ」と呼ぶことができる。ロッド５０２をボール接続部５２０の１つ又は複数の留め具５２２に接合する方法は、この実施形態に限定されるものではなく、例えば、溶接、ねじ接続、接着剤、及び当該技術分野で使用される他の接合方法を用いた他の方法を用いてもよい。（留め具５２２に接合された又は留め具５２２と一緒に一体式の単一部品として形成されたボール要素５２６を含む）ボール接続部５２０がロッド５０２に固定されるので、セクタギヤ５０８によってボール接続部５２０が移動するたびに、ボール接続部５２０は、次にロッド５０２を移動させる。
例示的な実施形態によれば、ボール接続部５２０は、複数の留め具５２２を含んでもよい。例えば、図６に示されるように、ボール接続部５２０は、ボール接続部５２０が、ボール要素５２６の反対側に第１及び第２の留め具５２２を含むように、ボール接続部５２０のボール要素５２６の両側に留め具５２２を含むことができる。各留め具５２２は、各留め具５２２をクリンプすること等によって、上述した方法のいずれかに従って、ロッド５０２に固定することができる。複数の留め具５２２は、ボール接続部５２０のボール要素５２６と一緒に、一体式の、単一部品構造として形成してもよく、又は上述したようにボール要素５２６に接合された別部品であってもよい。一実施形態によれば、留め具５２２は、ボール要素５２６とは別部品として提供してもよく、各留め具５２２がロッド５０２に固定された状態で、ボール要素５２６が、留め具５２２同士の間で所定の位置に実質的に保持される。
力伝達機構５００の組立中に、正確な接続がセクタギヤ５０８とロッド５０２との間で行われるように、セクタギヤ５０８と押込／引張駆動ロッド要素５０２との間の接続部での公差を制御することが望ましい。特に、力伝達機構５００は、手術用器具に接続することができ、及び力伝達機構５００のロッド５０２は、手術用器具のエンドエフェクタを作動させるために使用することができる。正確な接続部がロッド５０２とセクタギヤ５０８との間で形成されない場合に、ユーザーの要望に応じてエンドエフェクタを作動させることができない。例えば、エンドエフェクタが鉗子である場合に、ロッド５０２とセクタギヤ５０８との間の不正確な接続部は、接続部にたるみが多く存在する場合のように鉗子の全範囲の運動を提供しないため、鉗子を完全に開閉することができない。
例示的な実施形態によれば、力伝達機構５００の押込／引張駆動ロッド要素５０２とセクタギヤ５０８との間の接続部についての公差は、ボール接続部５２０をロッド５０２に固定する位置を制御することによって、制御又は他の方法で選択することができる。例えば、力伝達機構５００の組立中に、押込／引張駆動ロッド要素５０２は、ボール接続部５２０が、ロッド５０２への正確な接続を提供する、ロッド５０２の軸線方向長さに沿った点に位置するまで、ボール接続部５２０の孔５２４を通して挿入することができる。一旦ボール接続部５２０がロッド５０２の軸線方向長さに沿って適切に配置されると、ボール接続部５２０は、上述したように、１つ又は複数の留め具５２２等を用いてその位置でロッド５０２に固定することができる。結果として、公差は、接続部において比較的小さく保つことができ、ロッド５０２は、比較的正確な動きで手術用器具のエンドエフェクタを作動させるために使用することができる。後述するように、ボール接続部５２０をセクタギヤ５０８にさらに接続してもよく、ロッド５０２とセクタギヤ５０８との間の接続を達成する。
例示的な実施形態によれば、伝達機構５００は、力伝達機構５００の組立を補助するための１つ又は複数の機構を含むことができる。例えば、図５Ａに示されるように、力伝達機構５００のベース５０４は、整列用開口部５１８を含むことができる。組立中に、ピン又は他の細長い構造体等のキー（図示せず）は、整列用開口部５１８を通ってセクタギヤ５０８のくぼみ５１９を通して挿入することができる。結果として、セクタギヤ５０８が、ベース５０４に対して回転するのを一時的に防止することができる。これは、組立プロセス中に、セクタギヤ５０８が回動することを防止することにより、ボール接続部５２０をセクタギヤ５０８に容易に固定することができるので有利である。一旦ボール接続部５２０がセクタギヤ５０８に固定されると、キーは、くぼみ５１９及び整列用開口部５１８から引き抜かれ、セクタギヤ５０８の回転を可能にすることができる。
例示的な実施形態によれば、セクタギヤ５０８は、ボール接続部５２０をセクタギヤ５０８に接続するための１つ又は複数の構造体を含むことができる。例えば、図５Ａに示されるように、セクタギヤ５０８は、ボール接続部５２０が挿入されるソケット５２７を含むことができる。一旦ソケット５２７内に配置されると、ボール接続部５２０は、ソケット５２７内でのボール接続部５２０の自由な回転を可能にしながら、セクタギヤの回転運動が、ボール接続部５２０によって、このボール接続部に固定されたロッド５０２の実質的な直線運動に変換されるように、セクタギヤ５０８に固定することができる。
例示的な実施形態によれば、ソケット５２７用の開口部は、スナップ式嵌合タイプの配置でボール接続部５２０をソケット５２７の開口部を通して押すことにより、ボール接続部５２０をセクタギヤ５０８のソケット５２７内に固定することができるように、ボール接続部５２０よりも僅かに小さくてもよい。例えば、ソケット５２７の開口部は、ボール接続部５２０のボール要素５２６の直径よりも僅かに小さくてもよい。
例示的な実施形態によれば、ボール接続部５２０のためのセクタギヤ５０８内のソケット５２７は、例えば、セクタギヤ５０８の１つ又は複数の突起部によって形成することができる。例えば、図５Ａの例示的な実施形態に示されるように、セクタギヤ５０８は、突起部５１３，５１５を含んでおり、これら突起部同士５１３，５１５の間にソケット５２７を形成する。例示的な実施形態によれば、突起部５１３，５１５は、図５Ｂに示されるように、ボール接続部５２０をソケット５２７内に固定するのを支援するためのアンダーカット５２９を形成してもよい。アンダーカット５２９は、図５Ｂに示されるように、ボール接続部５２０よりも僅かに小さい、ソケット５２７用の開口部５２８を形成することができ、それによって、ボール接続部５２０を、開口部５２８を通して押して、ソケット５２７内に固定することができる。図５Ａの例示的な実施形態に示されるように、突起部５１３，５１５は、互いに分離した個別の突起部として設けることができ、且つボール接続部５２０の両側に配置することができる。別の例示的な実施形態によれば、ソケット５２７用の開口部を形成するとともにボール接続部５２０を所定の位置に固定するような単一の、連続的な突起部（図示せず）を設けることができる。
例示的な実施形態によれば、ボール接続部５２０は、ボール接続部をセクタギヤ５０８の凹部内に配置し、次にボール接続部５２０の少なくとも一部を覆うことにより、セクタギヤ５０８に固定することができる。図３及び図４に示されるように、セクタギヤ５０８は、ボール接続部５２０が挿入される凹部５１１を含むことができ、且つプレート５１２を、ボール接続部５２０の少なくとも一部の上に配置して、ボール接続部５２０をセクタギヤ５０８に固定することができる。凹部５１１は、凹部の底部が、ボール要素５２６の外面形状に適合した状態で、例えば、ボール要素５２６等のボール接続部５２０のサイズと略同じ開口部を有するピットの形状を有することができる。プレート５１２は、例えば、１つ又は複数の機械的留め具、溶接、接着剤、又は当該技術分野で使用される他の接続によって、セクタギヤ５０８に固定することができる。
プレート５１２を用いてボール接続部５２０をセクタギヤ５０８に接続することは、セクタギヤ５０８と、ボール接続部５２０と、ロッド５０２との間により大きな力が作用する場合であって、ソケット５２７のみにアンダーカット５２９が設けられる場合に、そのプレートは、他の接続部よりもボール接続部５２０についてのより大きな引抜き力に耐えることができるため、有利である。
例示的な実施形態によれば、ボール接続部５２０は、ボール接続部５２０をセクタギヤ５０８に接続するための更なる構造体又は補助無しに、上述した実施形態に係るソケット５２７のみを使用して、セクタギヤ５０８に固定することができる。別の例示的な実施形態によれば、ボール接続部５２０は、ソケット５２７及びプレート５１２のそれぞれが、上述した実施形態に従って配置された状態で、ソケット５２７とプレート５１２との両方等のセクタギヤ５０８に固定することができる。
セクタギヤ５０８は、ボール接続部５２０をセクタギヤ５０８に固定する前後で、力伝達機構５００のベース５０４に固定することができる。図４及び図５の例示的な実施形態に示されるように、セクタギヤ５０８は、１つ又は複数のタブ又はフランジ５１６によってベース５０４に保持することができる。タブ５１６は、ベース５０４の一部であってもよく、ベース５０４と一体式の、単体構造として形成することができ、又は、ベース５０４に接合された別部品であってもよい。入力ディスク５０６が回転運動をセクタギヤ５０８に与える場合等に、タブ５１６によって、ベース５０４に対するセクタギヤ５０８の回転運動が可能になる。例示的な実施形態によれば、タブ５１６は、セクタギヤ５０８と係合するような回り止め構造を含むことができ、それによって、セクタギヤ５０８の回転運動を制限することができる。
力伝達機構５００にボール接続部５２０を設けることにより、より少ない部品のため押込／引張駆動ロッド要素５０２とセクタギヤ５０８との間にコンパクトな接続部が有利に設けられ、それによって、押込／引張駆動要素５０２とセクタギヤ５０８とが、作動可能に結合される。さらに、少数の部品を利用しているので、力伝達機構５００内でセクタギヤ５０８をロッド５０２に接続するために使用される部品のスペースがより小さくなる。例えば、２００９年１１月１３日に出願された米国特許出願第１２／６１８，５８３号であって、２０１１年３月２４日に公開された米国特許出願公開第２０１１／００７１５４２号明細書に記載されているように、力伝達機構は、リンク、スライダ、及び転がり軸受を介して駆動ロッド要素に結合されたギヤを含むことができる。
これとは対照的に、力伝達機構５００は、ボール接続部５２０を用いて、押込／引張駆動ロッド要素５０２に直接的に接続することができる。例示的な実施形態によれば、ボール接続部５２０を、セクタギヤ５０８に直接的に接続することができる。例えば、ボール接続部５２０は、セクタギヤ５０８のソケット５２７及び／又はプレート５１２等のセクタギヤ５０８と直接的に接触させてもよい。さらに、押込／引張駆動ロッド要素５０２を、ボール接続部５２０に直接的に接続してもよい。例えば、ロッド５０２は、ボール接続部５２０の１つ又は複数の留め具５２２を含むボール接続部５２０と直接的に接触してもよい。
押込／引張駆動ロッド要素５０２とセクタギヤ５０８との間の効率的で、コンパクトな接続によって、セクタギヤ５０８の回転運動がロッド５０２の実質的な直線運動に変換されるように、押込／引張駆動ロッド要素５０２及びセクタギヤ５０８を作動可能に結合することが可能になる。図６を参照すると、接続部の例示的な実施形態が、押込／引張駆動ロッド要素５０２と、ボール接続部５２０と、セクタギヤ５０８との間に示される。力伝達機構５００の残りの機構は、確認するのを容易にするために図６では省略されている。図６に示されるように、入力ディスク５０６は、歯又は他の対応する構造を含むセクタギヤ５０８の一部５０７と係合する、入力ディスク５０６の歯５０５又は他の構造を介して、セクタギヤ５０８と係合することができ、それによって、回転運動が、（図４の例示的な実施形態に示される）回転軸線５３１の周りで方向Ｒ１に入力ディスク５０６に与えられた場合に、セクタギヤ５０８を、（図４の例示的な実施形態に示される回転軸線５０９の周りで）方向Ｒ２に回転させることができる。例示的な実施形態によれば、入力ディスク５０６の回転軸線５３１及びセクタギヤ５０８の回転軸線５０９は、互いに略平行であってもよい。押込／引張駆動ロッド要素５０２が、ボール接続部５２０を介してセクタギヤ５０８に接続されているので、セクタギヤ５０８が方向Ｒ２に回転する場合に、ボール接続部５２０は、セクタギヤ５０８によって運ばれ、図６に示されるように、ロッド５０２を実質的な直線方向Ｌに並進させる。
力伝達機構５００の押込／引張駆動ロッド要素５０２、セクタギヤ５０８、及び入力ディスク５０６の動きが、図７及び図８にさらに示されている。例示的な実施形態によれば、図７は、力伝達機構５００の第１の状態を示しており、図８は、力伝達機構５００の第２の状態を示している。例えば、押込／引張駆動ロッド要素５０２に接続された手術用器具が鉗子である場合に、図７に示される第１の状態は、鉗子が閉じた状態であるが、図８に示される第２の状態は、鉗子が開いている状態である。従って、図７に示されるように、入力ディスク５０６が方向Ｒ１に回転すると、セクタギヤ５０８が方向Ｒ２に回転して、ロッド５０２を実質的な直線方向Ｌに前方に前進させることができ、図８に示されるように、手術用器具を作動させる。例えば、ロッド５０２を前方に並進して、器具のエンドエフェクタを閉位置から開位置に作動するように移動させることができる。
また、ボール接続部５２０がロッド５０２に固定され、且つボール接続部５２０がセクタギヤ５０８に対して自由に回転するので、ロッド５０２を方向Ｒ３に回転した場合に、例えばロッド５０２が接続された手術用器具（図示せず）が回転する場合に、ボール接続部５２０は、図６に示されるように、セクタギヤ５０８に対するボール接続部５２０の軸線周りを方向Ｒ３に回転することもできる。
例示的な実施形態によれば、力伝達機構５００は、手術用器具の回転を生じさせるための１つ又は複数の構造体を含むことができる。図７を参照すると、力伝達機構５００は、第２の入力ディスク５３０を含むことができる。第２の入力ディスク５３０は、ギヤ５３２と係合することができ、次に、図７に示されるように、手術用器具のシャフト５４０の基端部に係合する。シャフト５４０は、ギヤ５３２と係合するロールシャフトギヤ５４２を含む又は他の方法でこのギヤ５４２に係合することができる。例示的な実施形態によれば、シャフト５４０は、器具シャフト５４０の基端部においてフラッシュ流体入口ポート５４４を含むことができる。図７に示される実装態様では、フラッシュ流体ポート５４４は、シャフト５４０をロールギヤ５４２に結合するアセンブリの一部を形成する、又はそうでなければ、ロールギヤ５４２を形成するシャフト５４０の部分の一部である。フラッシュ流体は、シャフト５４０内部の部品を洗浄するために、ポート５４４内に導くことができる。例えば、作動駆動ロッド又はケーブルは、シャフト５４０の先端部でのワイプシールを貫通して延びているが、少量の液体が、シールを通過して、シャフト本体の内部に入ることができる。
入力ディスク５０６と同様に、第２の入力ディスク５３０は、図２Ｂの例示的な実施形態に示されるＰＳＭ２０４のアクチュエータ２３２からの作動力を結合するために、ＰＳＭ２０４のキャリッジ２１２等のキャリッジの力伝達ディスクと結合することができる。結果として、図７に示されるように、第２の入力ディスク５３０を方向Ｒ４に回転することができる。第２の入力ディスク５３０の回転Ｒ４により、ギヤ５３２が方向Ｒ５に回転し、図７に示されるように、ロールギヤ５４２と、ギヤ５３２と、第２の入力ディスク５３０との間の係合によって、ロールギヤ５４２及びシャフト５４０を、シャフト５４０の長手方向軸線の周りで方向Ｒ６に回転させる。
こうして例示的な一実装形態では、入力ディスク５０６は、例えばエンドエフェクタの顎部機構を開閉するように、手術用器具のエンドエフェクタを作動させることができる一方で、第２の入力ディスク５３０は、手術用器具のエンドエフェクタにロールＤＯＦを提供するように、手術用器具のシャフト５４０をロールさせることができる。手術用器具のエンドエフェクタがシャフト５４０に結合されるので、シャフト５４０が回転すると、エンドエフェクタを回転させる。さらに、ロッド５０２がこのロッドを作動させるためにエンドエフェクタに結合されるので、図７に示されるように、シャフト５４０がＲ６方向に回転すると、ロッド５０２が方向Ｒ３に回転する。しかしながら、ロッド５０２をセクタギヤ５０８に結合するボール接続部５２０によって、セクタギヤ５０８の回転運動を実質的な直線運動に変換しながら、セクタギヤ５０８に対するロッド５０２の回転運動が可能になる。
上述したように、セクタギヤ５０８の回転運動を、ボール接続部５２０を介して押込／引張駆動ロッド要素５０２の実質的な直線運動に変換することができる。詳しく見ると、ボール接続部５２０と、このボール接続部５２０に接続され且つボール接続部５２０に近接するロッド５０２の一部との動きは、セクタギヤ５０８が回転する際に、弧を描いて移動することができることが分かる。図９Ａを参照すると、セクタギヤ５０８、ボール接続部５２０、及び押込／引張駆動ロッド要素５０２の平面図が、ロッド５０２が退避位置にあるときの、第１の初期状態で示されている。セクタギヤ５０８がそのセクタギヤの軸線５０９の周りで方向Ｒ２に回転する際に、図９Ｂに示されるように、ボール接続部５２０は、セクタギヤ５０８によって運ばれ、ロッド５０２を実質的な直線方向Ｌに押す。図９Ｃに示されるように、セクタギヤ５０８の回転によって、ボール接続部５２０及びロッド５０２を前方位置に前進させ続けることができる。
図１０Ａを参照すると、ボール接続部５２０及びロッド５０２の位置が、図９Ａに示された配置についてセクタギヤの軸線５０９に対して示されている。同様に、図１０Ｂは、図９Ｂの配置についてセクタギヤの軸線５０９に対するボール接続部５２０及びロッド５０２の位置を示しており、図１０Ｃは、図９Ｃの配置についてセクタギヤの軸線５０９に対するボール接続部５２０及びロッド５０２の位置を示している。図１０Ａ〜図１０Ｃに示されるように、セクタギヤ５０８が軸線５０９の周りを回転する際に、ボール接続部５２０は、セクタギヤ５０８によって運ばれ、軸線５０９の周りに周転する。こうして、ボール接続部５２０は、セクタギヤ５０８の回転に伴って、円弧５５０に沿って軸線５０９の周りを移動することができる。これは、例えばボール接続部５２０の中心から軸線５０９までの、ボール接続部５２０と軸線５０９との間の垂直距離を変化させることができ、図１０Ａのボール接続部５２０と軸線５０９との間の第１の距離Ｘ１が、図１０Ｂの第２の距離Ｘ２未満となる。また、図１０Ｃに示される第３の距離Ｘ３は、図１０Ｂの第２の距離Ｘ２未満となる。第３の距離Ｘ３は、例えば、第１の距離Ｘ１と同じであってもよく、又は実質的に同じであってもよい。さらに、ボール接続部５２０に接続されたロッド５０２の一部、及びボール接続部５２０に近接するロッド５０２の可能な一部は、軸線５０９に対して円弧５５０を移動することができる。
しかしながら、比較的狭い範囲のセクタギヤ５０８及びボール接続部５２０の動きによって、ロッド５０２によって作動されるエンドエフェクタが、ボール接続部５２０から離れた距離に配置されるので、ロッド５０２に誘導される動きは、実質的な直線方向であるとみなすことができる。例えば、手術用器具のエンドエフェクタに近接するロッド５０２に誘導される運動は、実質的に直線方向であってもよい。
別の例示的な実施形態によれば、力伝達機構は、押込／引張駆動ロッド要素を支持するための構造体を含むことができる。図１１を参照すると、力伝達機構６００の例示的な実施形態は、押込／引張駆動ロッド要素６０２を支持するように構成されたガイド６２０を含む。ガイド６２０は、ベース６０４に接続することができ、且つ図１１の例示的な実施形態に示されるように、ロッド６０２が通過する開口部を含むことができる。ロッド６０２を支持することにより、ガイド６２０は、ロッド６０２の支持されていない長さを有利に短くすることができ、且つロッド６０２のたわみや座屈を最小化又は排除することができる。例えば、ガイド６２０によって、ロッド６０２の支持されていない長さを半分に削減することができる。図１１の例示的な実施形態に示されるように、ガイド６２０は、円錐形又は略円錐台形状を有することができる。ロッド６０２の支持されていない長さは、図９Ａ〜図９Ｃの実施形態のロッド５０２と比較して減少される。図１０Ａ〜図１０Ｃに示されるように、ロッド６０２は、ロッド５０２と同様又は同一の動きを行う。
図１１の力伝達機構６００の分解図を示す図１２に示されるように、力伝達機構６００は、ベース６０４にポケット６０５及び開口部６０７と、入力ディスク６０６と、軸受６１４と、セクタギヤ６０８と、１つ又は複数の留め具６１１を含むボール接続部６１０とを含むことができる。これらの機構は、図３の実施形態等の上述した実施形態に従って構成することができる。例示的な実施形態によれば、力伝達機構６００は、図４の実施形態について上述したように、プレート６１２をさらに含むことができる。
例示的な実施形態によれば、力伝達機構は、トルクがセクタギヤに加えられていない場合に、押込／引張駆動ロッド要素を初期位置に付勢するための１つ又は複数の装置を含むことができる。図１３を参照すると、押込／引張駆動ロッド要素７０２に接続されたセクタギヤ７０８及びボール接続部７２０を含むような力伝達機構７００の例示的な実施形態が、示されている。これらの機構は、図３の実施形態等の上述した実施形態に従って構成することができる。例示的な実施形態によれば、力伝達機構７００は、図４の実施形態について上述したように、プレート７１２をさらに含むことができる。
力伝達機構７００は、図１３の例示的な実施形態に示される方向Ｄ等に、力を作用させてセクタギヤ７０８を付勢するための付勢装置７３０を含むことができる。例えば、手術用器具のエンドエフェクタが鉗子又は鋏である場合に、付勢装置７３０は、鉗子又は鋏を作動して閉じた形状（例えば、付勢位置）となるように、ロッド７０２を方向Ｄに引っ張るような働きをすることができる。エンドエフェクタを閉じた位置（例えば、付勢位置）に付勢することによって、付勢装置７３０は、カニューレ（図示せず）を通した手術用器具の引戻し又は除去中に、エンドエフェクタの背面がカニューレに衝突するのを有利に防止又は最小化することができる。例えば、鉗子の顎部等のエンドエフェクタの背面は、絶縁コーティングを含むことができ、この絶縁コーティングは、鉗子の引戻し中に顎部がカニューレに衝突した場合に、損傷する。付勢装置を用いて顎部を閉じた構成に付勢することにより、コーティングへの損傷を最小化又は回避することができる。
例示的な実施形態によれば、付勢装置７３０は、ばねであってもよい。ばねの力は、エンドエフェクタの意図される用途に基づいて選択することができ、例えば、摩擦を最小限にする又はグリップ力を最大にするように選択することができる。ばねは、例えば、約１／２ポンド〜約３ポンドの範囲の力を作用させることができる。別の例では、ばねは、例えば、約１／２ポンド〜約８ポンドの範囲の力を作用させることができる。別の例示的な実施形態によれば、ばねの付勢力は、例えば、約１／２ポンド〜約６ポンドの範囲であってもよい。別の例示的な実施形態によれば、ばねの付勢力は、例えば、約１／２ポンド〜約３ポンドの範囲であってもよい。別の例示的な実施形態によれば、ばねの付勢力は、例えば、約１／２ポンド〜約２ポンドの範囲であってもよい。
少ない力では、摩擦に打ち勝ち且つ図１３に示される方向Ｄにロッド７０２を引っ張るのに十分ではないこともあるので、ばねは、約１／２ポンド以上の力をロッド７０２に及ぼすように選択することができる。ばねは、手術用器具のエンドエフェクタの切開力が、実質的に減少する又は負の影響を受けないように、２ポンド又は３ポンド未満の力を作用するように選択することができる。切開力は、組織を押し開くためにエンドエフェクタが組織に接触して配置される又は組織の間隙内に配置されたときに使用される力である。付勢力が大き過ぎると、ばねによって、ロッド７０２を十分な力で前進させるのが防止され、エンドエフェクタが切開力を提供することを可能にすることができる。しかしながら、器具は、切開以外の用途に使用することができる。例えば、ニードルドライバの場合に、ばねの付勢力は、より大きな量のグリップを得るために使用することができる。これは、器具のエンドエフェクタを開くために、入力ディスクの能力によって、ばねの付勢力に打ち勝つように制限される。また、付勢装置７３０は、ばねであってもよいが、付勢装置は、ばねに限定されるものではなく、他のタイプの付勢装置であってもよい。
図１４を参照すると、力伝達機構８００の別の例示的な実施形態が示されている。力伝達機構８００は、力伝達機構８００の機構を支持するためのシャーシ８１０とベース８１２とを含むことができる。力伝達機構８００は、ロール運動を器具のシャフト（図示せず）に提供するためのロールシャフト出力ギヤ８２２と係合するロールシャフト入力ギヤ８２０をさらに含むことができる。例えば、ロールシャフト入力ギヤ８２０の底部分８２１は、ＰＳＭのキャリッジと結合して回転力を受け取り、ロールシャフト入力ギヤ８２０を回転させ、次にロールシャフト出力ギヤ８２２によって器具シャフトを回転させる。図１４の例示的な実施形態に示されるように、ロールシャフト入力ギヤ８２０及びロールシャフト出力ギヤ８２２は、１つ又は複数の軸受８２４によって支持してもよい。
力伝達機構８００は、ロッカー(rocker)入力ギヤ８３０及びロッカー部材８４０をさらに含むことができる。ロッカー部材８４０をシャーシ８１０に接続することができる。例えば、シャーシ８１０は、ロッカー部材８４０の開口部８４８を通って嵌合するような突起部８１４を含むことができ、それによって、ロッカー部材８４０は、突起部８１４の周りに旋回することができる。例示的な実施形態によれば、突起部８１４にロッカー部材８４０を支持するために、少なくとも１つの軸受８４４を設けてもよい。図１４の例示的な実施形態に示されるように、ロッカー部材８４０と突起部８１４との間の負荷を分散させるために、少なくとも２つの軸受８４４を設けてもよい。
例示的な実施形態によれば、ロッカー部材８４０を、器具のエンドエフェクタ（図示せず）に接続してもよい。図１４及び図１５の例示的な実施形態に示されるように、ロッカー部材８４０は、ボール接続部８４２を含むことができる。ボール接続部８４２は、上述した図３〜図１３の例示的な実施形態に従って構成することができる。図１５の例示的な実施形態に示されるように、手術用器具のエンドエフェクタに結合された押込／引張駆動ロッド要素８６０を、ボール接続部８４２に接続することができる。ボール接続部８４２によって、例えば、図１５の例示的な実施形態に示される方向８７２に沿って並進させ且つ方向８７４に回転させるように、押込／引張駆動ロッド要素８６０の回転及び並進運動の両方を可能にすることができる。
図１５に示されるように、ボール接続部８４２は、ロッカー部材８４０の凹部又はソケット８１６内に受容され、ロッカー部材８４０とボール接続部８４２とを互いに接続することができる。ソケット８１６は、上述した図３〜１３の例示的な実施形態に従って構成することができる。例えば、ロッカー部材８４０は、ボール接続部８４２をソケット８１６内に締結するのを容易にするための１つ又は複数の壁部８１８を含むことができる。他の例では、壁部８１８は、ボール接続部８４２をソケット８１６内に締結するのを容易にするために、ソケット８１６内に延びる突起部（図示せず）であってもよい。結果として、ボール接続部８４２は、ソケット８１６内にスナップ式に嵌合することができる。例示的な実施形態によれば、シャーシ８１０の一部８１１は、図１６に示されるように、ソケット８１６及びボール接続部８４２の少なくとも一部を覆い、ボール接続部８４２をソケット８１６内に保持するのを支援することができる。ロッカー部材８４０は、図１７の例示的な実施形態に示されるように、ガイド面８８２，８８４と係合するフック８８０を用いて、ロッカー部材８４０及びシャーシ８１０の一方で、例えば１つ又は複数のフック８８０を用いて、シャーシ８１０に接続することができる。図１７に示されるように、ガイド面８８２は、凸状であり、ガイド面８８４は、凹状とすることができる。ロッカー部材８４０及びシャーシ８１０は、例示的な実施形態に従って、例えば、１つ又は複数のフック８８０をガイド面（複数可）８８２に係合することにより、及びシャーシ８１０のスロット８８６を介してフック８８０を挿入することによって、一緒に組み立てることができる。その後、ロッカー部材８４０を図１７の反時計回り方向に回転させて、フック８８０をガイド面８８４と係合させることができる。手術用器具の動作中に、フック８８０は、ガイド面８８２，８８４に係合したままである。
例示的な実施形態によれば、ロッカー入力ギヤ８３０によって、力をロッカー部材８４０に入力して、器具のエンドエフェクタを作動させることができる。例えば、ロッカー入力ギヤ８３０の底部８３１は、回転力を受け取るためにＰＳＭのキャリッジと結合して、軸線８３３の周り等にロッカー入力ギヤ８３０を回転させ、次に回転力をロッカー部材８４０に入力することもできる。例示的な実施形態によれば、ロッカー入力ギヤ８３０は、ギヤ装置を介してロッカー部材８４０と係合することができる。例えば、ロッカー入力ギヤ８３０は、図１４及び図１５に示されるように、ロッカー部材８４０のセクタギヤ部８４６と係合するようなヘリカルギヤ歯８３２の部分を含むことができる。こうして、図１５の例示的な実施形態に示されるように、ロッカー入力ギヤ８３０を、軸線８４５等の周りで方向８３４に回転させる場合に、ヘリカルギヤ歯８３２は、セクタギヤ部８４６を方向８７０に付勢し、次にロッカー部材８４０の残りの部分を開口部８４８内で方向８７０に突起部８１４（図１５に図示せず）の周りに旋回させる。さらに、ボール接続部８４２がソケット８１６内でロッカー部材８４０に接続されるので、ボール接続部８４２は、ロッカー部材８４０と一緒に移動し、押込／引張駆動ロッド要素８６０を方向８７２に沿って実質的に引っ張り、手術用器具のエンドエフェクタを作動させる。例示的な実施形態によれば、ロッカー部材８４０の回転軸線８４５及びロッカー入力ギヤ８３０の回転軸線８３３は、互いに略直交してもよい。
上述した実施形態の力伝達機構は、様々な材料から作製することができる。例えば、セクタギヤ及びロッカー部材を含むギヤは、例えばUltem（登録商標）等のオートクレーブポリエーテルイミド（PEI）から製造することができ、それによって、ギヤを洗浄し且つ滅菌することができ、且つ安価に製造することができる。このようなギヤは、強度及び剛性を追加するためのガラス繊維をさらに含んでもよい。例えば、ＰＥＩは、例えば約５％〜約１５％の範囲のガラス繊維を含んでもよい。別の例では、ＰＥＩは、約１０％の範囲内のガラス繊維を含んでもよい。ギヤは、セクタギヤとボール接続部との間の摩擦等のギヤと他の部品との間の摩擦を低減するために、Teflon（登録商標）等のポリテトラフルオロエチレン（PTFE）を含んでもよい。例えば、ＰＥＩは、例えば約１０％〜約２０％の範囲のＰＴＦＥを含んでもよい。別の例では、ＰＥＩは、約１５％の範囲のＰＴＦＥを含んでもよい。
例示的な実施形態によれば、ボール接続部は、金属又は合金で作製することができる。例えば、ボール接続部は、ステンレス鋼で作製することができる。ボール接続部が金属で作製されるので、ボール接続部は、電気信号又は電流が押込／引張駆動ロッド要素に沿って送信される場合等に、電気接点として機能することができる。押込／引張駆動ロッド要素は、ステンレス鋼等の金属又は金属合金であってもよいが、複合材料、ガラス繊維、電気絶縁材料、及びカーボン等の他の材料も使用することができる。例示的な実施形態によれば、入力ディスクは、プラスチックで被覆されたアルミニウム又はアルミニウム合金で作製することができる。
力伝達機構にボール接続部を設けてギヤ及び押込／引張駆動ロッド要素を接続することにより、ギヤとロッドとの間の接続を可能にしてロッドの回転運動及び並進運動の両方を提供しながら、部品点数を最小限に抑えることができ、且つ力伝達機構の製造コストを有利に低減することができる。さらに、ギヤは、力伝達機構内の限られた量のスペースを通って移動するように構成することができる。結果として、比較的少ない空間（オープンスペース）が、ギヤの回転運動に対応するために力伝達機構内で必要とされる。
この詳細な説明及び例示的な実施形態を示す添付の図面は、本発明を限定するものとして解釈すべきではない。様々な機械的な、組成的な、構造的な、電気的な、及び操作上の変更は、この詳細な説明及び均等物を含む特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。いくつかの例では、本開示を不明瞭にしないように、周知の構造及び技術について、詳細に図示又は説明していない。複数の図面における同様の参照符号は、同一又は類似の要素を表す。さらに、ある実施形態に関連して詳細に説明した要素及びその関連機能は、実用上いつでも、具体的に図示又は説明されていない他の実施形態に含めることができる。例えば、ある要素が１つの実施形態を参照して詳細に説明されているが、第２の実施形態を参照して説明されていない場合に、この要素は、それにもかかわらず、第２の実施形態に含まれるように特許請求の範囲に含まれる。
本明細書及び添付の特許請求の範囲の目的について、特に明記しない限り、明細書及び特許請求の範囲で使用される量、パーセンテージ、又は比率を表す全ての数字、及び他の数値は、修正されていない場合であっても、「約」という用語によって全ての場合において修飾されるものとして理解されるべきである。従って、特に断らない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載された数値パラメータは、得ようとする所望の特性に依存して変化し得る近似値である。少なくとも、特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限させないように、各数値パラメータは、報告された有効数字の数に照らして、そして通常の数字を丸める技術を適用することによって少なくとも解釈すべきである。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合に、単数形「１つの(a, an)」や、「その(the)、」及び任意の単語の単数形の使用は、１つの指示対象に明白且つ明確に限定されない限り、複数の対象を含むことに留意されたい。本明細書で使用する場合に、用語「含む(include)」及びその文法的活用形は、非限定的であることを意図しており、それによって、リスト中の項目の列挙は、列挙された項目に置換又は追加することができる他の同様な項目を除外するものではない。
また、本明細書の用語は、本発明を限定するものではない。例えば、「の下に(beneath)」、「より下に(below)」、「より下に(lower)」、「の上に(above)」、「の上方に(upper)」、「基端の(distal)」、「先端の(distal)」等の相対的な空間を示す用語は、図に示されるような他の要素や機能に対する１つの要素や機能の関係を説明するために使用される。これらの相対的な空間を示す用語は、図面に示された位置及び向きに加えて、使用又は操作における装置の異なる位置（すなわち、場所）と向き（すなわち、回転配置）を包含することを意図している。例えば、図中の装置をひっくり返した場合に、他の要素又は機能「より下に(below)」又は「の下に(beneath)」として説明された要素は、次に他の要素又は機能の「の上に(above)」又は「の上に(over)」になるであろう。こうして、例示的な用語「より下に(below)」は、「の上に(above)」及び「より下に(below)」の位置及び向きの両方を包含することができる。装置は、他の方法で向き合わせする（９０度回転又は他の向きに回転する）ことができ、本明細書で使用する相対的な空間記述は、同様に解釈することができる。
更なる修正及び代替実施形態は、本明細書の開示に鑑みて当業者に明らかになるであろう。例えば、システム及び方法は、操作を明確にするために図面や詳細な説明から省略された追加の構成要素又はステップを含んでもよい。従って、この詳細な説明は、単なる例示として解釈すべきであり、本発明の教示を実施する一般的な方法を当業者に教示する目的のためにある。本明細書に示され且つ説明された様々な実施形態は、例示として解釈すべきであることを理解されたい。要素及び材料、並びにこれらの要素及び材料の構成は、本明細書で図示され且つ説明されたものに置換することができ、部品及びプロセスは逆にしてもよく、本教示の特定の特徴は、独立して利用することができ、本明細書で説明される利益を理解した後に、全てが、当業者に明らかになるであろう。変更は、本教示及び以下の特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書で説明される要素に行うことができる。
本明細書に記載された特定の実施例及び実施形態は、非限定的であり、構造、寸法、材料、及び方法に対する修正は、本教示の範囲から逸脱することなく行い得ることを理解すべきである。
本開示に従った他の実施形態は、本明細書に開示された本発明の仕様及び実施を考慮することにより当業者に明らかになるであろう。明細書及び実施例は、単なる例示みなされ、真の範囲及び精神は、以下の特許請求の範囲によって示されることが意図される。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の内容を実施例として記載する。
［実施例１］
遠隔操作手術用器具のための力伝達機構であって、当該力伝達機構は：
駆動入力機構によって駆動されるように構成されたギヤと；
力を伝達して前記手術用器具のエンドエフェクタを作動させるように構成される押込／引張駆動要素と；
前記ギヤ及び前記押込／引張駆動要素を作動可能に結合するボール要素と；を備えており、
前記ギヤの駆動運動が、前記押込／引張駆動要素に伝達されて前記エンドエフェクタを作動させる、
力伝達機構。
［実施例２］
前記押込／引張駆動要素は、押込／引張駆動ロッド要素である、
実施例１に記載の力伝達機構。
［実施例３］
前記ボール要素によって、前記ギヤ及び前記押込／引張駆動要素を作動可能に結合して、前記ギヤの回転運動を押込／引張駆動要素の実質的な直線運動に変換する、
実施例１に記載の力伝達機構。
［実施例４］
前記ボール要素は、前記ギヤに対して前記ボール要素の軸線周りで自由に回転可能である、
実施例３に記載の力伝達機構。
［実施例５］
前記ギヤは、セクタギヤである、
実施例１に記載の力伝達機構。
［実施例６］
前記セクタギヤは、ソケットを含み、前記ボール要素は、前記ソケットに受容される、
実施例５に記載の力伝達機構。
［実施例７］
前記駆動入力機構は、前記セクタギヤと係合した入力ギヤを含み、前記入力ギヤの回転軸線と前記セクタギヤの回転軸線とが、互いに略平行である、
実施例５に記載の力伝達機構。
［実施例８］
前記駆動入力機構は、前記セクタギヤと係合した入力ギヤを含み、前記セクタギヤは、ロッカー部材の一部であり、前記入力ギヤの回転軸線と前記ロッカー部材の回転軸線とが、互いに略直交する、
実施例５に記載の力伝達機構。
［実施例９］
前記押込／引張駆動要素は、前記ボール要素を少なくとも部分的に貫通する、
実施例１に記載の力伝達機構。
［実施例１０］
前記駆動入力機構は、遠隔操作手術システムのサーボ機構と係合するように構成された入力ディスクを含む、
実施例１に記載の力伝達機構。
［実施例１１］
前記手術用器具のシャフトに作動可能に結合するように構成された第２の入力ディスクをさらに含み、該第２の入力ディスクによって、前記シャフトに対して前記シャフトの長手方向軸線の周りの回転運動を与える、
実施例１０に記載の力伝達機構。
［実施例１２］
プレートをさらに含み、前記ボール要素は、前記ギヤと前記プレートとの間に配置される、
実施例１に記載の力伝達機構。
［実施例１３］
前記ギヤ及び前記押込／引張駆動要素を付勢位置に付勢する付勢手段をさらに含む、
実施例１に記載の力伝達機構。
［実施例１４］
前記付勢手段は、前記ギヤ及び前記押込／引張駆動要素を前記付勢位置に付勢するばねである、
実施例１３に記載の力伝達機構。
［実施例１５］
前記ギヤは、前記ボール要素に直接的に接続され、前記ボール要素は、前記押込／引張駆動要素に直接的に接続される、
実施例１に記載の力伝達機構。
［実施例１６］
前記ギヤは、前記ボール要素を部分的に取り囲む、
実施例１に記載の力伝達機構。
［実施例１７］
遠隔操作手術用器具のための力伝達機構であって、当該力伝達機構は：
ギヤと；
力を伝達して前記手術用器具のエンドエフェクタを作動させ、且つ当該力伝達機構により前記手術用器具のシャフトを回転した場合に、該シャフトと共に回転するように構成される押込／引張駆動要素と；
前記ギヤ及び前記押込／引張駆動要素を作動可能に結合する接続要素と；を備えており、
該接続要素は、前記ギヤの回転運動を前記押込／引張駆動要素の実質的な直線運動に変換するように構成され、前記接続要素は、押込／引張駆動要素と共に回転し、且つ前記ギヤに対して回転するように構成される、
力伝達機構。
［実施例１８］
前記接続要素は、前記ギヤの回転に応答して、円弧に沿って移動するように構成される、
実施例１７に記載の力伝達機構。
［実施例１９］
前記ギヤと作動可能に結合された駆動入力ディスクをさらに含み、該駆動入力ディスクによって、回転運動を前記ギヤに与える、
実施例１７に記載の力伝達機構。
［実施例２０］
前記押込／引張駆動要素は、ロッドを含む、
実施例１７に記載の力伝達機構。
［実施例２１］
前記接続要素は、ボール要素を含む、
実施例１７に記載の力伝達機構。
［実施例２２］
前記押込／引張駆動要素が前記力伝達機構から前記遠隔操作手術用器具のシャフトに貫通するようなガイド孔をさらに含む、
実施例１７に記載の力伝達機構。
［実施例２３］
前記ギヤは、セクタギヤである、
実施例１７に記載の力伝達機構。
［実施例２４］
遠隔操作手術システムのための手術用器具であって、当該手術用器具は：
シャフトと；
該シャフトの先端部に配置されたエンドエフェクタと；
前記シャフトの基端部に配置された力伝達機構と；を備えており、
該力伝達機構は：
駆動入力機構によって駆動されるように構成されたギヤと；
前記シャフトに沿って前記エンドエフェクタに対して延びる押込／引張駆動要素であって、該押込／引張駆動要素は、力を伝達して前記エンドエフェクタを作動させるように構成される、押込／引張駆動要素と；
前記ギヤ及び前記押込／引張駆動要素を作動可能に結合し、前記ギヤの回転運動を前記押込／引張駆動要素の実質的な直線運動に変換して前記エンドエフェクタを作動させる接続要素と；を有しており、
前記接続要素は、前記押込／引張駆動要素と共に回転し、且つ前記ギヤに対して回転するように構成される、
手術用器具。
［実施例２５］
前記ギヤは、セクタギヤである、
実施例２４に記載の手術用器具。
［実施例２６］
前記力伝達機構は、駆動入力機構をさらに含み、該駆動入力機構は、セクタギヤに係合するとともに回転運動を前記セクタギヤに与えるように構成された入力ディスクである、
実施例２４に記載の手術用器具。
［実施例２７］
前記力伝達機構は、第２の入力ディスクをさらに含み、第２の入力ディスクは、回転運動を与えて前記手術用器具のシャフトを回転させるように構成される、
実施例２６に記載の手術用器具。

Claims (10)

  1. 手術用器具であって、当該手術用器具は、
    駆動要素であって、該駆動要素の基端部と、先端部と、前記基端部と前記先端部との間に規定された駆動要素の軸線とを含む駆動要素と、
    該駆動要素に結合され、前記駆動要素によって作動されるエンドエフェクタと、
    ソケットを有するギヤであって、ギヤの回転軸線を有するギヤと、
    ボール要素と、を有しており、
    該ボール要素は前記駆動要素に固定され、
    前記ボール要素は前記ギヤの前記ソケット内に位置付けされ、
    前記ボール要素は、前記駆動要素が前記駆動要素の軸線の周りに回転するときに、前記ソケット内で前記ギヤに対して自由に回転し、
    前記ボール要素は、前記ギヤが前記ギヤの回転軸線の周りに回転し、且つ前記駆動要素が前記駆動要素の軸線に沿って実質的に直線的に移動するときに、前記ソケット内で前記ギヤに対して自由に回転する、
    手術用器具。
  2. 前記ギヤと係合する歯を含む入力ディスクをさらに含む、請求項１に記載の手術用器具。
  3. 前記入力ディスクは、前記ギヤの回転軸線に平行な入力ディスクの回転軸線の周りに回転可能である、請求項２に記載の手術用器具。
  4. 前記入力ディスクは、前記ギヤの回転軸線に直交する入力ディスクの回転軸線の周りに回転可能である、請求項２に記載の手術用器具。
  5. 前記入力ディスクの前記歯は、ヘリカルギヤ歯を含む、請求項４に記載の手術用器具。
  6. 前記ギヤはロッカー部材を含む、請求項１、４、又は５に記載の手術用器具。
  7. 前記ギヤはセクタギヤを含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の手術用器具。
  8. 前記ギヤに結合されるばね付勢装置をさらに含み、該付勢装置は、前記ギヤの回転軸線の周りに、前記駆動要素が前記エンドエフェクタを初期位置に配置する位置まで前記ギヤを回転させるよう付勢する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の手術用器具。
  9. ガイドをさらに含み、
    前記駆動要素は、前記ギヤから前記ガイドを通って前記エンドエフェクタまで延びる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の手術用器具。
  10. ベースシャーシと、
    シャフトであって、該シャフトは、前記シャフトの基端部と、先端部と、前記基端部と前記先端部の間のシャフト軸線とを含み、前記シャフトは、前記ベースシャーシと前記エンドエフェクタとの間に結合され、前記シャフトは、前記シャフト軸線の周りに自由に回転し、前記駆動要素は前記シャフトを通って延びる、シャフトと、
    該シャフトに結合され、前記シャフト軸線と一致する第２のギヤの回転軸線を有する第２のギヤと、
    第２のギヤと係合するシャフトのロール駆動入力部と、をさらに含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の手術用器具。
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