JP6748729B2

JP6748729B2 - 揺動機構および把持具

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Publication number: JP6748729B2
Application number: JP2018546116A
Authority: JP
Inventors: 紀明山中
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2020-09-02
Anticipated expiration: 2036-10-20
Also published as: US20190152069A1; JPWO2018073949A1; WO2018073949A1; CN109475361B; US10786909B2; CN109475361A; DE112016007016T5

Description

本発明は、揺動機構および把持具に関するものである。

揺動可能に連結された一対の把持片によって生体組織のような物体を把持する把持機構において、トグル機構を利用したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。トグル機構は、一対の把持片と共通の揺動軸線回りに揺動可能に連結された一対のリンクを備え、一対のリンクの開動作が一対の把持片の閉動作に変換されるようになっている。この構造において、一対のリンクの長さに応じて一対の把持片による把持力を増大させることができる。

特開２００７−３０１６９２号公報

しかしながら、特許文献１の把持機構においては、一対の把持片の揺動角度が一対のリンクによって構造的に制限されるため、揺動角度を大きくすることができないという問題がある。
本発明は、ベース部材に対して揺動させられる揺動部材の揺動角度を大きく確保しつつ、少ない力で揺動部材を揺動させることができる揺動機構および把持具を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、ベース部材と、該ベース部材に対して第１揺動軸線回りに揺動可能に支持された第１揺動部材と、該第１揺動部材に、前記第１揺動軸線に直交する方向に間隔をあけて配置された第２揺動軸線回りに揺動可能に支持された第２揺動部材と、該第２揺動部材に、前記第２揺動軸線に直交する方向に間隔をあけて配置された回転軸線回りに回転可能に支持された牽引プーリと、前記第１揺動軸線回りに回転可能に支持された固定プーリと、該固定プーリと前記牽引プーリとに巻き掛けられ、一端が前記第１揺動部材に固定され、他端に加えた牽引力によって前記回転軸線を挟んだ前記牽引プーリの両側に略同一の大きさの張力を発生させるワイヤとを備え、前記牽引プーリが、前記回転軸線に作用する前記ワイヤの張力の合力が、前記第２揺動部材を揺動させるモーメントを発生させる位置に配置されている揺動機構である。

本態様によれば、ワイヤの他端に牽引力を加えると、ワイヤが巻き掛けられた牽引プーリを介して、該牽引プーリを支持している第２揺動部材に牽引力が伝達され、牽引力のうち、第２揺動部材の第２揺動軸線回りの接線方向の成分が第２揺動部材を揺動させるモーメントとして作用することにより、第１揺動部材に対して第２揺動部材が第２揺動軸線回りに揺動させられる。

この場合に、先端が固定されているワイヤの基端に牽引力が与えられたときに、ワイヤには、牽引プーリの回転軸線を挟む両側において略同一方向の張力が発生し、該２つの張力の合力が牽引プーリに作用する。すなわち、ワイヤの基端に与えられた牽引力は、牽引プーリと固定プーリとの間の巻数×約２倍に増幅されて牽引プーリおよび第２揺動部材に作用する。これにより、少ない力で第２揺動部材を揺動させることができる。また、第１揺動部材に対する第２揺動部材の揺動角度は構造的に制限されないので、ベース部材に対する第２揺動部材の揺動角度を大きく確保することができる。

また、この場合において、固定プーリを第１揺動軸線に回転可能に設けたので、ベース部材に対して第１揺動部材を揺動させる関節と第２揺動軸線との間に設ける場合と比較して、関節よりも先端側に配置される硬質部分の長さを短縮し、狭い場所での操作性を向上することができる。

上記態様においては、前記第１揺動軸線と前記第２揺動軸線とが平行であってもよい。
このようにすることで、ワイヤの経路を同一平面上に概略配置することができ、関節部から先端部分の細径化を容易にすることができる。

また、上記態様においては、前記第１揺動軸線と前記第２揺動軸線とが、ねじれの位置関係に配置されていてもよい。
このようにすることで、ベース部材に対する第１揺動部材の第１揺動軸線回りの揺動と、第１揺動部材に対する第２揺動部材の第２揺動軸線回りの揺動とが同一平面上で行われないので、２つの揺動が冗長とならず、可動域を大きく確保することができる。

また、上記態様においては、前記牽引プーリの前記回転軸線が、前記第１揺動部材に設けられ前記牽引プーリと前記固定プーリとの間隔方向に延びる第１スリット、および、前記第２揺動部材に設けられ前記第１スリットに交差する方向に延びる第２スリット内を、前記第１スリットおよび前記第２スリットの長手方向に移動可能に配置されていてもよい。

このようにすることで、牽引プーリの回転軸線を第１スリット内において、牽引プーリと固定プーリとの間隔方向に移動させると、回転軸線が第１スリットに交差する第２スリット内でも移動する結果、カム機構が構成され、第２スリットが設けられている第２揺動部材が、第１スリットが設けられている第１揺動部材に対して第２揺動軸線回りに揺動させられる。第１スリットおよび第２スリットの位置および相対角度を調整することにより、第１揺動部材に対する第２揺動部材の一方向の揺動時にカム機構によってモーメントを増幅することができる。

また、本発明の他の態様は、上記いずれかの揺動機構を備え、前記第１揺動部材と前記第２揺動部材とが、前記第１揺動部材を前記第２揺動部材に対して揺動させることにより開閉させられる一対の把持部を構成している把持具である。
本態様によれば、ワイヤの他端に牽引力を加えると、牽引プーリと固定プーリとの間に巻き掛けられたワイヤによって牽引プーリを牽引する力が増幅され、第１揺動部材に対して第２揺動部材が揺動させられる。第１揺動部材と第２揺動部材とは相互に開閉する一対の把持部を構成しているので、小さい牽引力で一対の揺動部を閉じて把持対象を強い力で把持することができる。

本発明によれば、ベース部材に対して揺動させられる揺動部材の揺動角度を大きく確保しつつ、少ない力で揺動部材を揺動させ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把持具の全体構成図である。図１の把持具に備えられた本発明の一実施形態に係る揺動機構を示す部分的に破断した側面図である。図１の把持具の２つの把持片を胴部に対して揺動させた状態を示す側面図である。図２の揺動機構により第１把持片に対して第２把持片を揺動させた状態を示す部分的に破断した側面図である。図２の揺動機構の第１の変形例を示す部分的に破断した側面図である。図５の揺動機構により第１把持片に対して第２把持片を揺動させた状態を示す部分的に破断した側面図である。図５の揺動機構を揺動軸線に直交する方向から見た縦断面図である。図２の揺動機構の第２の変形例を示す部分的に破断した側面図である。図８の揺動機構により第１把持片に対して第２把持片を揺動させた状態を示す部分的に破断した側面図である。図８の揺動機構の牽引プーリおよび固定プーリの配置例を示す斜視図である。図２の揺動機構の第３の変形例を示す部分的に破断した側面図である。図１１の揺動機構により第１把持片および第２把持片の両方を揺動させた状態を示す部分的に破断した側面図である。図２の揺動機構の第４の変形例を示す部分的に破断した側面図である。図１３の揺動機構により関節を揺動させた状態を示す部分的に破断した側面図である。図２の揺動機構の第５の変形例を示す部分的に破断した側面図である。図１５の揺動機構を第２揺動軸線に直交する方向から見た側面図である。図２の揺動機構の第６の変形例を示す部分的に破断した側面図である。図１７の揺動機構を第２揺動軸線に直交する方向から見た側面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る揺動機構３および把持具１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る把持具１は、把持鉗子のように生体組織を把持する機能を有する医療用器具である。把持具１は、図１に示されるように、体内に挿入可能な細長い胴部（ベース部材）２を備える本実施形態に係る揺動機構３と、胴部２の基端に接続された駆動部４とを備えている。

本実施形態に係る揺動機構３は、図２に示されるように、胴部２と、胴部２の長手軸に直交する第１揺動軸線Ａ回りに揺動可能に取り付けられた第１把持片（第１揺動部材）５と、該第１把持片５に設けられ第１揺動軸線Ａに平行な第２揺動軸線Ｂ回りに揺動可能に取り付けられた第２把持片（第２揺動部材）６と、第２把持片６に回転軸線Ｃ回りに回転可能に支持された牽引プーリ７と、第１揺動軸線Ａ回りに回転可能に支持された固定プーリ８と、これら牽引プーリ７および固定プーリ８に巻き掛けられたワイヤ９とを備えている。第１把持片５と第２把持片６とが一対の把持部を構成している。

ワイヤ９の一端は、図２に示す例では、第１把持片５に固定され、ワイヤ９の他端は、胴部２の基端側まで延びて駆動部４に接続されている。
ワイヤ９は、第１把持片５に固定された一端から牽引プーリ７側に延びて牽引プーリ７に巻き掛けられ、次いで、固定プーリ８に巻き掛けられた後、再度牽引プーリ７に巻き掛けられてから胴部２の基端側の駆動部４に導かれている。

牽引プーリ７と固定プーリ８とは略同一の径寸法を有し、両者の間に配置されているワイヤ９は、牽引プーリ７の回転軸線Ｃと固定プーリ８の第１揺動軸線Ａとの間隔方向に略平行に延びている。牽引プーリ７には２本のワイヤ９が巻き掛けられ、回転軸線Ｃを挟む牽引プーリ７の両側には、ワイヤ９が２本ずつ延びている。

駆動部４は、ワイヤ９の他端が接続されたモータ（図示略）を有し、該モータの作動によってワイヤ９を基端側へ牽引してワイヤ９に張力を発生させるようになっている。
第１把持片５は、図示しない駆動機構によって、図３に示されるように、胴部２に対して第１揺動軸線Ａ回りに揺動させられることにより、第１把持片５および第２把持片６の方向を一体的に胴部２に対して変化させることができるようになっている。

第１把持片５および第２把持片６は、第１把持片５に対して第２把持片６を第２揺動軸線Ｂ回りに回転させることにより、先端部を相互に開閉することができるようになっている。これにより、図４に示す例では、第１把持片５と第２把持片６の先端によって構成される一対の把持部によって、把持対象である生体組織等を把持することができるようになっている。

牽引プーリ７を回転可能に支持する回転軸線Ｃは、図２に示されるように、第１把持片５と第２把持片６とが閉じられた状態でも、図４に示されるように、第１把持片５と第２把持片６とが開かれた状態でも、回転軸線Ｃと第１揺動軸線Ａとを結ぶ直線が第２揺動軸線Ｂからいずれか一方向に離れるように配置されている。

本実施形態においては、後述するように、ワイヤ９に牽引力を加えることによりワイヤ９に発生する張力によって、牽引プーリ７の回転軸線Ｃに作用する牽引力が、第１把持片５に対して第２把持片６を閉じる方向のモーメントを発生させるような位置に、回転軸線Ｃが配置されている。

このように構成された本実施形態に係る揺動機構３および把持具１の作用について説明する。
本実施形態に係る揺動機構３によれば、駆動部４の作動によってワイヤ９が基端側へ牽引されると、ワイヤ９に張力が発生する。牽引プーリ７に巻き掛けられて回転軸線Ｃを挟んだ両側に２本ずつ合計４本延びているワイヤ９にそれぞれ略同一の大きさの張力が作用するので、回転軸線Ｃには、４本のワイヤ９に発生した張力の合力が作用する。すなわち、ワイヤ９の基端に掛けた牽引力の略４倍の合力が回転軸線Ｃに作用するので、第１把持片５に対して第２把持片６を小さい牽引力で揺動させることができるという利点がある。

また、第１把持片５に対する第２把持片６の揺動角度は構造的に制限されないので、胴部２に対する第２把持片６の揺動角度を大きく確保することができる。
また、この場合において、固定プーリ８を第１揺動軸線Ａに回転可能に設けたので、胴部２に対して第１把持片５を揺動させる関節と第２揺動軸線Ｂとの間に固定プーリ８を設ける場合と比較して、関節よりも先端側に配置される硬質部分の長さを短縮し、狭い場所での操作性を向上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、固定プーリ８と牽引プーリ７との間でワイヤ９を２周巻き掛けることとしたが、これに代えて、３周以上巻き掛けてもよい。これにより、同じ牽引力で牽引しても、第１把持片５に対して第２把持片６を閉じる力を増大させることができる。

また、本実施形態においては、ワイヤ９の牽引により、第１把持片５に対して第２把持片６を閉じる方向に揺動させるモーメントを発生させるように、牽引プーリ７の位置を設定したが、これに代えて、ワイヤ９の牽引により、第１把持片５に対して第２把持片６を開く方向に揺動させるモーメントを発生させるように、牽引プーリ７の位置を設定してもよい。

また、本実施形態においては、ワイヤ９の先端を第１把持片５に固定したが、これに代えて、第２把持片６に固定してもよいし、胴部２に固定してもよい。

また、本実施形態においては、牽引プーリ７を第２把持片６に固定された回転軸線Ｃ回りに回転可能に取り付けたが、これに代えて、図５および図６に示されるように、第１把持片５および第２把持片６に設けた第１スリット１１および第２スリット１２の長手方向に移動可能に牽引プーリ７の回転軸線Ｃを収容してもよい。
この場合、第１把持片５には、第１揺動軸線Ａと第２揺動軸線Ｂとを結ぶ直線に沿って第１スリット１１を形成し、第２把持片６には、第１スリット１１に対して傾斜した第２スリット１２を形成すればよい。

ワイヤ９に牽引力をかけると、回転軸線Ｃが第１スリット１１によって案内されて牽引プーリ７が固定プーリ８に近接する方向に移動し、第２把持片６が、第２スリット１２内に回転軸線Ｃを収容状態に維持するように移動することで、第２把持片６が第１把持片５に対して第２揺動軸線Ｂ回りに揺動させられる。

また、このように構成する場合、図７に示されるように、胴部２、第１把持片５および第２把持片６を中空に形成して固定プーリ８および牽引プーリ７を中空部分１０に配置することが好ましい。ワイヤ９による牽引力を第１把持片５および第２把持片６の中心に掛けることができ、捩れモーメントの発生を防止することができる。また、外径寸法の大きなプーリを径方向の中央に配置することで、把持具１の外径寸法を小さく抑えることができる。

また、本実施形態においては、第１揺動軸線Ａと第２揺動軸線Ｂとが、略平行に配置されている場合を例示したが、これに代えて、図８および図９に示されるように、ねじれの位置関係に配置されていてもよい。すなわち、第１揺動軸線Ａに対して先端側に間隔をあけた位置に配置された第２揺動軸線Ｂは、第１揺動軸線Ａと第１把持片５の長手軸とを含む平面と、第２揺動軸線Ｂと第１把持片５の長手軸とを含む平面とが相互に直交するように配置されている。

これにより、胴部２に対する第１揺動軸線Ａ回りの第１把持片５の揺動方向と、第１把持片５に対する第２揺動軸線Ｂ回りの第２把持片６の揺動方向とが相互に直交するようになっている。
第１揺動軸線Ａと第２揺動軸線Ｂとが平行である場合には、胴部２に対する第１把持片５の揺動と、第１把持片５に対する第２把持片６の揺動とが冗長な関係となっているが、これらを直交させることにより、可動域を拡大し、把持具１先端の硬質部分を狭い領域で所望の位置にアプローチさせる動作をより容易に行うことができるという利点がある。

また、この場合に、図１０に示されるように、回転軸線Ｃの長手方向に間隔をあけて２つの牽引プーリ７，２２を設けるとともに、第１揺動軸線Ａの長手方向に間隔をあけて２つの固定プーリ８，１３を設け、２つの牽引プーリ７，２２と一方の固定プーリ８との間で、ワイヤ９が２つの牽引プーリ７，２２の同一側面に巻き掛けられ、２つの牽引プーリ７，２２が逆回転するように構成することが好ましい。図における他方の固定プーリ１３はワイヤ９をガイドするためのガイドプーリとして機能している。

このようにすることで、ワイヤ９どうしが密着しないようにルーティングすることができ、ワイヤ９どうしの絡まりや摩擦を防止することができるという利点がある。
また、図８および図９に示す例では、牽引プーリ７の外径に合わせて配置された２つの固定プーリ８，１３の隙間を利用して、胴部２と第１把持片５との接続部１４が配置されており、スペースを有効利用して細径化を図ることができる。

また、本実施形態においては、第１把持片５に対して第２把持片６を揺動させる方式を例示したが、これに代えて、図１１および図１２に示されるように、ベース部材２に揺動可能に連結された第１揺動部材１５に対して、第１把持片５および第２把持片６の両方が揺動する機構を採用してもよい。このようにすることで２つの把持片５，６の開き角度を大きく確保することができるという利点がある。

また、上記各実施形態においては、本実施形態に係る揺動機構３を把持具１に利用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、２つの関節部を有する関節機構に適用してもよい。
例えば、図１３および図１４に示されるように、ベース部材１６に対して第１揺動軸線Ａ回りに揺動可能に取り付けられた第１揺動部材１７と、該第１揺動部材１７に対して第２揺動軸線Ｂ回りに揺動可能に取り付けられた第２揺動部材１８とを備え、第２揺動部材１８に取り付けられた固定プーリ１９を経由して、２つの牽引プーリ２０，２１と、第１揺動軸線Ａ回りに取り付けられた固定プーリ２３との間で、一端が第１揺動部材１７に固定されたワイヤ９を２回以上巻き掛けて基端側に導いている点で上記実施形態と同様である。図における固定プーリ１９はワイヤ９をガイドするためのガイドプーリとして機能している。

図１３および図１４に示す例では、第１揺動軸線Ａと第２揺動軸線Ｂとが平行である。
図中、第１揺動部材１７に対する第２揺動部材１８の揺動方向毎に牽引プーリ２０，２１が設けられており、対応するワイヤ９の基端を牽引することによって、第１揺動部材１７に対して第２揺動部材１８を両方向に揺動させることができる。

また、図１５および図１６に示されるように、第１揺動軸線Ａと第２揺動軸線Ｂとがねじれの位置関係に配置されていても同様に構成することができる。これらの図では、牽引プーリ２０，２１の回転軸線Ｃと固定プーリ２３の第１揺動軸線Ａとが平行に配置されている。
これに代えて、図１７および図１８に示されるように、牽引プーリ２０，２１の回転軸線Ｃ１，Ｃ２と固定プーリ２３の第１揺動軸線Ａとがねじれの位置関係となるように配置することもできる。

１把持具
２胴部（ベース部材）
３揺動機構
５第１把持片（第１揺動部材）
６第２把持片（第２揺動部材）
７，２０，２１，２２牽引プーリ
８，１３，１９，２３固定プーリ
９ワイヤ
１１第１スリット
１２第２スリット
１６ベース部材
１５，１７第１揺動部材
１８第２揺動部材
Ａ第１揺動軸線
Ｂ第２揺動軸線
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２回転軸線

Claims

ベース部材と、
該ベース部材に対して第１揺動軸線回りに揺動可能に支持された第１揺動部材と、
該第１揺動部材に、前記第１揺動軸線に直交する方向に間隔をあけて配置された第２揺動軸線回りに揺動可能に支持された第２揺動部材と、
該第２揺動部材に、前記第２揺動軸線に直交する方向に間隔をあけて配置された回転軸線回りに回転可能に支持された牽引プーリと、
前記第１揺動軸線回りに回転可能に支持された固定プーリと、
該固定プーリと前記牽引プーリとに巻き掛けられ、一端が前記第１揺動部材に固定され、他端に加えた牽引力によって前記回転軸線を挟んだ前記牽引プーリの両側に略同一の大きさの張力を発生させるワイヤとを備え、
前記牽引プーリが、前記回転軸線に作用する前記ワイヤの張力の合力が、前記第２揺動部材を揺動させるモーメントを発生させる位置に配置されている揺動機構。
前記第１揺動軸線と前記第２揺動軸線とが平行である請求項１に記載の揺動機構。
前記第１揺動軸線と前記第２揺動軸線とが、ねじれの位置関係に配置されている請求項１に記載の揺動機構。
前記牽引プーリの前記回転軸線が、前記第１揺動部材に設けられ前記牽引プーリと前記固定プーリとの間隔方向に延びる第１スリット、および、前記第２揺動部材に設けられ前記第１スリットに交差する方向に延びる第２スリット内を、前記第１スリットおよび前記第２スリットの長手方向に移動可能に配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の揺動機構。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の揺動機構を備え、
前記第１揺動部材と前記第２揺動部材とが、前記第１揺動部材を前記第２揺動部材に対して揺動させることにより開閉させられる一対の把持部を構成している把持具。