JP6961733B2 - 改善された可動域を有する機械的なリストジョイント、関連装置、及び方法 - Google Patents

Description

この出願は、参照によりその全部が本書で援用される２０１４年２月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／９４３０６８号の利益を主張する。

本開示の態様は、関節運動可能なリストジョイントに関し、また、そのようなリストジョイントを利用する手術器具、関連システム、及び方法に関する。

遠隔制御される手術器具（遠隔操作手術器具とも称される）は、低侵襲医療処置でしばしば用いられる。手術器具は、所望の位置に手術器具を位置付けるためのジョイントを含んでいてもよい。個別のジョイントの可動域は限られたものとなり得るため、個別のジョイントの可動域を超える所望の可動域をもたらすために、同一の或いは同様の動きをする複数のジョイントが必要な場合がある。

米国仮特許出願第６１／９４３０６８号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０１５２８７９号明細書 米国特許第６８１７９７４号明細書

しかしながら、複数のジョイントの使用は、追加的なジョイントを制御し且つ支持するための追加的な構成要素を必要とする。そして、動きの複雑さ、全体のサイズ、及び器具の製造の困難さを増大させ得る。

本開示の典型的な実施例は、上述の問題の１つ又は複数を解決でき、且つ／或いは、上述の望ましい特徴の１つ又は複数を明らかにし得る。他の特徴及び／又は利点は、以下の説明から明らかとなり得る。

少なくとも１つの典型的な実施例によると、リストジョイントは、第１ディスク、第１ディスクに隣接する第２ディスク、並びに、第１ディスク及び第２ディスクを通って延びる駆動テンドンを含む。第１ディスク及び第２ディスクはそれぞれ、互いにかみ合う対向するジョイント特徴を含んでいてもよい。第１ディスク及び第２ディスクは、ジョイント特徴とは別の、対向する荷重負担面を更に含んでいてもよい。駆動テンドンは、第１ディスクと第２ディスクの間で相対回転をもたらすために第１ディスク及び第２ディスクのうちの少なくとも１つに力を及ぼすように構成されてもよい。第１ディスク及び第２ディスクは、互いに対して±４５度程度よりも大きい最大回転可動域を有していてもよい。

少なくとも１つの典型的な実施例によると、手術器具は、シャフト、シャフトの第１端に結合されるエンドエフェクタ、伝達機構、及び、リストジョイントを含む。伝達機構は、第１端の反対にあるシャフトの第２端に配置されていてもよい。伝達機構は、エンドエフェクタを作動させるために、作動要素を通じて駆動力を伝えてもよい。リストジョイントは、エンドエフェクタをシャフトに結合してもよい。リストジョイントは、一緒に結合され且つ±４５度程度よりも大きい最大可動域を有する隣接する一対のディスクを含んでいてもよい。

少なくとも１つの典型的な実施例によると、手術器具は、シャフト、シャフトの第１端に結合されるエンドエフェクタ、伝達機構、関節運動可能なリスト（手首）とを含む。伝達機構は、第１端の反対にあるシャフトの第２端に配置されてもよい。伝達機構は、エンドエフェクタを作動させるために、作動要素を通じて駆動力を伝達してもよい。関節運動可能なリストは、エンドエフェクタをシャフトに結合してもよい。関節運動可能なリストは、第１ディスクと第２ディスクを含んでいてもよい。第１ディスクは、複数の歯と、複数の歯から分離している第１荷重負担面を有していてもよい。第２ディスクは、歯とかみ合うように構成された複数のピンと、複数のピンから分離している第２荷重負担面とを有していてもよい。更に、第１荷重負担面と第２荷重負担面は、リストの圧縮力を受けるために、互いにかみ合うようにしてもよい。

少なくとも１つの典型的な実施例によると、リストジョイントを関節接合する方法は、リストジョイントの第１ディスク及び第２ディスクのうちの少なくとも１つに結合される駆動テンドンに力を適用すること、並びに、第１ディスク及び第２ディスクを互いに関して回転させることを含む。第１ディスクと第２ディスクの回転の際、それらディスクが互いに関して±４５度程度よりも大きく回転させられたときに、第１ディスク及び第２ディスクの一方における複数の歯の少なくとも１つは、第１ディスク及び第２ディスクの他方における複数のピンの少なくとも１つとかみ合ったままであり、且つ、第１ディスクの荷重負担面と第２ディスクの荷重負担面は互いに接触したままとなる。更に、第１ディスクの荷重負担面と第２ディスクの荷重負担面は、歯とピンから半径方向に間隔を空けられている。

少なくとも１つの典型的な実施例によると、リストジョイントを製造する方法は、複数の歯と複数の歯から分離している第１荷重負担面とを有する第１ディスクを構成することを含む。その方法は、複数のピンと複数のピンから分離している第２荷重負担面とを有する第２ディスクを構成することを更に含んでいてもよい。駆動テンドンは、第１ディスク及び第２ディスクを通って延ばされてもよい。その方法は、第１ジョイント特徴と第２ジョイント特徴がかみ合い且つ第１荷重負担面と第２荷重負担面が互いに接触するように第１ディスクと第２ディスクを互いに結合することを更に含んでいてもよい。更に、第１ディスク及び第２ディスクは、互いに関して±４５度程度よりも大きい最大回転可動域を有していてもよい。

追加的な目的、特徴、及び／又は利点は、以下の詳細な説明で部分的に説明され、また、その説明から部分的に明らかとなり、或いは、本開示及び／又は請求項の実施によって理解され得る。それらの目的及び利点の少なくともいくつかは、添付の請求項で特に指摘された要素及び組み合わせによって実現され且つ獲得され得る。

以上の概要と以下の詳細な説明の双方が単なる例示的且つ説明的なものであり、請求項を制限するものではなく、むしろ、請求項は、均等物を含め、その範囲の最大限までの権利を有していることが理解されるべきである。

本開示は、以下の詳細な説明単独で、或いは、添付図面と一緒になって、以下の詳細な説明から理解され得る。図面は、本開示の更なる理解をもたらすために含まれ、また、この明細書の一部に統合され且つその一部を構成する。図面は、本開示における１又は複数の典型的な実施例を説明し、詳細な説明と一緒になって、いくつかの原理及び動作を説明する働きをする。

典型的な実施例にしたがった遠隔操作手術システムを示す。 典型的な実施例にしたがった手術器具の遠位端の部分を示す。 複数の歯を含むジョイントの典型的な実施例の側面図である。 ジョイントのディスクが互いに関して回転させられた後の図３のジョイントを示す。 負担突起を含むジョイントの典型的な実施例の斜視図を示す。 肩部を欠いたディスクを含むジョイントの典型的な実施例の側面図である。 トロコイド面を有する凹部を含むジョイントの典型的な実施例の側面図である。 ジョイントのディスクが互いに関して回転させられた後の図７のジョイントの部分詳細図である。 半径方向内側の位置に位置付けられた歯とピンを含むジョイントの典型的な実施例の斜視図である。 ジョイントを通って延びるテンドンを含むジョイントの典型的な実施例の斜視図である。 ピンの平面に投影された円弧の上に位置付けられたピンを含むジョイントの典型的な実施例の詳細側面図である。 図１１Ａの姿勢から反時計回り方向９４０に動いているときの図１１Ａのジョイントの側面図である。 図１１Ｂの姿勢を過ぎて反時計回り方向９４０に動き続けたときの図１１Ａのジョイントの側面図である。 図１１Ｃの姿勢を過ぎて反時計回り方向９４０に動き続けたときの図１１Ａのジョイントの側面図である。 反時計回りに最大限回転させられた姿勢にある図１１Ａのジョイントの側面図である。 ピンの平面に投影された円弧からオフセットされた（ずらされた）ピンを含むジョイントの典型的な実施例の側面図である。 ピンの平面に投影された円弧からオフセットされた少なくとも１つのピンと、円弧上に位置付けられた少なくとも１つのピンとを含むジョイントの典型的な実施例の側面図である。 円弧からオフセットされていないピンを有するディスクと円弧からオフセットされたピンを有するディスクとの比較を示す、ディスクの典型的な実施例の側面図である。 複数のジョイントを含むリストの典型的な実施例の側面図である。 サイクロイド面を有するジョイント特徴の典型的な実施例の側面図である。 サイクロイド面を有するジョイント特徴の典型的な実施例の側面図である。 サイクロイド形状を有する面を備えた負担突起の典型的な実施例の側面図である。 支柱を含むジョイントの典型的な実施例の分解斜視図である。

この明細書と典型的な実施例を示す添付図面は限定的なものとして解釈されてはならない。均等物を含むこの明細書及び請求項の範囲から逸脱することなく、種々の機械的、合成的、構造的、電気的、及び動作的な変更が行われてもよい。いくつかの例では、よく知られた構造及び技術は、開示内容を曖昧にしないよう、詳細には図示されておらず或いは説明されていない。２以上の図面における同様の番号は、同一の或いは同様の要素を表す。更に、一実施例を参照して詳細に説明された要素及びそれらに関連する特徴は、現実的であればいつでも、それらが具体的には図示されておらず或いは説明されていない他の実施例に含まれていてもよい。例えば、ある要素が一実施例を参照して詳細に説明されており且つ第２の実施例を参照しては説明されていない場合、それでもなお、その要素は、その第２の実施例に含まれるものとして主張され得る。

この明細書及び添付の請求項のため、別段の指示がない限り、明細書及び請求項で用いられる数量、割合、又は比率を表す全ての数字、及び他の数値は、それらが用語“約”によってまだ修飾されていない場合には、全ての例において用語“約”によって修飾されているものと理解されるべきである。したがって、反対の意味が示されていない限り、以下の明細書及び添付の請求項で説明される数値パラメータは、得ようとしている望ましい特性に応じて変化し得る近似値である。少なくとも、請求項の範囲に対する均等論の適用を制限するための試みではなく、数値パラメータのそれぞれは、少なくとも、報告された有効数字の数を考慮して且つ通常の丸め技術を適用することによって解釈されるべきである。

この明細書及び添付の請求項で用いられているように、単数形の冠詞、及び、何れの単語の単数としての何れの使用も、明示的に且つ明白に単一の指示対象に限定されていない限り、複数の指示対象を含む点に留意すべきである。本書で用いられているように、用語“含む”及びその文法上の変種は、非限定的であることが意図されており、リストにおける項目の列挙は、代用され得る或いは列挙された項目に追加され得る他の同様の項目を除外するものではない。

更に、この明細書における専門用語は発明を限定することを目的としていない。例えば、“真下の”、“下の”、“より下の”、“上の”、“より上の”、“近位の”、“遠位の”、“時計回りの”、“反時計回りの”等のような空間的に相対的な語は、図面で示すような、１つの要素又は特徴の別の要素又は特徴との関係を説明するために用いられてもよい。これらの空間的に相対的な語の使用は、図面で示された位置（すなわち場所）及び向き（すなわち回転配置）に加え、使用中又は動作中の装置の別の位置及び向きを包含することを目的としている。例えば、別の要素又は特徴の“下に”或いは“真下に”あると説明されていた要素は、図面における装置がひっくり返された後では、その別の要素又は特徴の“上に”或いは“真上に”あることとなるであろう。このように、典型的な用語“下に”は、“上に”及び“下に”の双方の位置及び向きを包含し得る。装置は、別の方法で方向付けられてもよく（９０度又は他の方向に回転させられてもよく）、本書で用いられる空間的に相対的な記述は状況に応じて適切に解釈されてもよい。

種々の典型的な実施例にしたがって、本開示は、比較的大きな可動域を実現できるジョイントを含む手術器具を検討する。例えば、ジョイントは、ジョイントのディスクが互いに対して±４５度より大きく回転できるようにする最大可動域を有していてもよい。一例では、ジョイントは、反復可能な動きをするように、互いにかみ合う複数の歯と複数のピンを含んでいてもよい。ディスクは、別のディスクの歯を受け入れるように１又は複数の凹部を含んでいてもよい。凹部は、例えば、トロコイド形状を有していてもよい。別の例では、ジョイントは、ピンと係合するための複数の歯と別個の荷重負担面とを有していてもよい。荷重負担面は、ディスクの歯又はピンよりもディスクの中央開口部に近い位置のように、半径方向内側に位置付けられていてもよく、或いは、荷重負担面は、ディスクの歯又はピンよりもディスクの中央開口部から遠い位置のように、半径方向外側に位置付けられていてもよい。荷重負担面は、部分円筒形状、サイクロイド形状、ピン形状、又は他の形状を有していてもよい。別の例では、ディスクのピンの位置は、荷重負担面のようなディスク間の接触面を表し得る円弧、及び、ピンとギアの間の接触点を通る理論的な円弧に関して変更されてもよい。部分円筒形状の荷重負担面を有するディスクに関し、その円弧は、その荷重負担面の面と同じ形状を有していてもよい。その円弧に関する１又は複数のピンの位置を変更することによって、ディスクの製造し易さ、及び、ディスクの動きの滑らかさは影響され得る。例えば、ディスクのピンの全てがその円弧上に位置付けられていてもよく、ピンの全てがその円弧からオフセットされていてもよく、或いは、少なくとも１つのピンがその円弧からオフセットされ且つ少なくとも１つのピンがその円弧上に位置付けられていてもよい。また、その円弧から互いに異なる距離だけオフセットされている複数のピンがあってもよい。

図１を見ると、本明細書に記載された実施例にしたがった手術器具を採用できる遠隔操作手術システム１００の例が示されている。例えば、Intuitive Surgical社から市販されているDa Vinci（登録商標） Surgical Systemであってもよいシステム１００は、複数の手術器具１４０を有する患者側カート１０２を含む。複数の手術器具１４０のそれぞれは、ロボットアーム１１０のドッキングポートに取り付けられる。手術器具１４０は取り換え可能であってもよい。所要の臨床的機能をもたらすべく、アーム１１０に取り付けられた手術器具１４０が特定の医療処置のために選択され、或いは、医療処置中に変更され得るようにするためである。この分野でよく知られているように、手術器具１４０は、例えば、鉗子（forceps）若しくは補足器具（graspers）、持針器（needle drivers）、外科用メス（scalpels）、はさみ（scissors）、焼灼器具（cauterizing tools）、及びステープラー（staplers）を含むがそれらには限定されない多くの機能を実現させ得る。

器具１４０のそれぞれは、概して、伝達・バックエンド機構１５０、伝達機構１５０から延びるメインシャフト１６０、メインシャフト１６０の遠位端におけるオプションのリスト機構（図１では図示せず。）、及び、リスト機構から或いはシャフト１６０から直接的に延びるエンドエフェクタ１８０を含む。図２は、シャフト２１０、シャフト２１０の遠位端におけるリスト２２０、及び、リスト２２０から延びるエンドエフェクタ２３０を含む手術器具の遠位端２００を示す。

図２に示すように、例えばプル／プル式テンドン（tendon）若しくはプッシュ／プル式ロッド、並びに、器具のリスト機構２２０及び／若しくはエンドエフェクタ２３０に接続される導体のような作動要素２１２は、器具のシャフト２１０を通じて延び得る。更に、作動要素は、メインシャフト１６０を通じて延び、伝達機構１５０につながっていてもよい。伝達機構１５０は、典型的には、患者側カート１０２における駆動モータへの駆動テンドンの機械的結合をもたらす。例えば、伝達機構１５０は、患者側カート１０２のアーム１１０の患者側マニピュレータ１１２につながるように構成されてもよい。

作動インタフェースは、概して、手術器具１４０の作動のための機械力をもたらす駆動モータを含んでいてもよい。このようにして、システム１００は、リスト機構を動かし或いは位置決めしてエンドエフェクタ１８０を作動させるために、必要に応じて、テンドンの動き及び張力を制御できる。患者側カート１０２のアーム１１０は、医療処置を受けている患者の小切開におけるカニューレを通じて手術器具１４０の端部を挿入するために、且つ、患者の体内の作業場で器具１４０のリスト機構及び／又はエンドエフェクタ１８０を作動させるために用いられてもよい。

同様に、カメラ器具１０４は、カート１０２のアームに取り付けられてもよく、またオプションで、作業場の観察及び患者の体内での手術器具１４０の動きの観察のためのカメラシステム１０４の遠位端を位置決めするためにシステム１００が作動させるリスト機構を有していてもよい。立体的若しくは３次元的であってもよいカメラシステム１０４からの表示は、制御コンソール（図示せず）で見ることができ、また、画像はモニタ１０６に表示されてもよい。このようにして、システム１００の処理システムは、医師又は他の医療関係者がカメラシステム１０４及び器具１４０を見て操作できるようにするユーザインタフェースを提供できる。例えば、手術器具１４０と同様に、アーム１１０は、医療処置を受けている患者の小切開におけるカニューレを通じてカメラ器具１０４の端部を挿入するために、且つ、患者の体内の作業場でリスト機構及び／又はエンドエフェクタ１８０を作動させるために用いられてもよい。

手術器具１４０に関するメインシャフト１６０、リスト機構、及びエンドエフェクタ１８０の径若しくは径群、並びに、カメラ器具１０４の径は、大抵、その器具と共に用いられるカニューレのサイズに応じて選択される。典型的な実施例では、カメラ器具１０４の径、並びに、リスト機構及びメインシャフト１６０の径は、約３ｍｍから約１３ｍｍの範囲であってもよい。例えば、その径は、いくつかの既存のカニューレシステムのサイズに合うように、約４ｍｍであってもよく、約５ｍｍであってもよく、或いは、約８ｍｍであってもよい。

図１の概略図に示すように、遠隔操作手術システム１００は、医者コンソール１２０及び補助的な制御／観察カート１３０を更に含んでいてもよい。概して、医者コンソール１２０は、例えば外科医であるユーザからの入力を、グリップ機構１２２及び足踏みペダル１２４を含むがそれらに限定されない種々の入力装置で受け、且つ、手術器具１４０の所望の動きを実行するために、患者側カート１０２に取り付けられた器具１４０が応答するマスタコントローラとしての機能を果たし、且つ、それに応じて所望の医療処置を実行する。例えば、グリップ機構１２２は、限定的ではないものの、手術器具１４０及び／又はカメラ器具１０４を制御できる“マスタ”装置としての機能を果たしてもよい。手術器具１４０及び／又はカメラ器具１０４は、ロボットアーム１１０において、対応する“スレーブ”装置としての機能を果たしてもよい。例えば、グリップ機構１２２は、当業者がよく知っているように、手術器具１４０のエンドエフェクタ１８０及び／又はリストを制御してもよい。更に、足踏みペダル１２４は、限定的ではないものの、例えば単極又は双極の電気外科的エネルギをもたらすために踏み込まれてもよく、或いは、器具１４０の他の様々な機能（例えば、吸引、潅注、及び／又は、他の様々なフラックス供給モード）を作動させるために踏み込まれてもよい。言い換えると、例えば医者コンソール１２０のところにある入力装置に供給されたコマンドに基づいて、患者側カート１０２は、アーム１１０のところにある患者側マニピュレータ１１２を用いて所望の医療処置を実行するために器具１４０、１０４を位置決めして作動させることができる。このようにして、患者側カート１０２の器具１４０、１０４は、医者コンソール１２０でユーザによって入力されたコマンドにしたがって遠く離れて遠隔操作され得る。医者コンソール１２０は、例えば外科的処置の際に、例えば患者側カート１０２のところにあるカメラ器具１０４を用いて手術部位の３次元画像を医者が見られるようにするディスプレイを更に含んでいてもよい。

遠隔操作手術システムの非限定的な典型的な実施例では、制御／観察カート１３０は、コアプロセッサ１３４等の“コア”処理装置、及び／又は、制御／観察カート１３０に組み込まれ或いは制御／観察カート１３０のところで物理的に支持され得る他の補助的な処理装置を含む。制御／観察カート１３０は、手術システムを作動させるための他のコントロールを含んでいてもよい。典型的な実施例では、医者コンソール１２０から発せられた信号又は入力は、制御／観察カート１３０のところにある１又は複数のプロセッサに伝達され得る。制御／観察カート１３０は、１若しくは複数の手術器具１４０及び／又は患者側カート１０２で手術器具１４０が結合されるところであるアーム１１０の操作をもたらすために、その入力を解読し、且つ、患者側カート１０２に伝達されるコマンド又は出力を生成できる。図１のシステム構成要素は特別な位置決めで示されているわけではなく、患者の手術に影響を与えるべく患者に関連して患者側カート１０２が配置されるようにしながら、要望通りに配置されてもよい点に留意すべきである。

リストジョイントのような手術器具ジョイントは、そのジョイントを含む手術器具又はカメラ器具に動きをもたらすべく、１又は複数の自由度にしたがって動いてもよい。例えば、ジョイントは、（例えばピッチ及び／又はヨーとして任意に定められる）１又は複数の自由度で互いに対して動き得る複数の部材を含んでいてもよい。手術器具又はカメラ器具のジョイントは、様々な数の部材を含んでいてもよい。例えば、手術器具又はカメラ器具のジョイントは、１ピースのジョイントであってもよく、２ピースのジョイントであってもよく、３ピースのジョイントであってもよく、或いは、より大きな数のピースを含むジョイントであってもよい。１ピースのジョイントは、例えばそのピースに備えられた構造的に柔軟な部分のために、１又は複数の方向に曲がるように設計された単一ピースのものである。２ピースのジョイントは、例えば、互いに直接的に接続される、椎骨とも呼ばれ得る２つのディスクである。３ピースのジョイントは、例えば、２つのディスクとそれら２つのディスクを接続する３番目のピースである。

以下の説明は、手術器具での適用という状況におけるジョイントの構成を説明するが、そのジョイントの構成はカメラ器具にも適用され得ることを当業者は理解するであろう。更に、以下の説明は、２ピースのジョイントであるジョイントの構成を説明するが、その説明の概念は、３ピースのジョイント又はより大きな数のピースを含むジョイントのような、より多くの数のピースを含むジョイントにも適用され得る。

本書に記載される典型的な実施例のジョイント部材は、例えば、参照によりその全部が本書に援用されるWilliams氏の米国特許出願公開第２０１１／０１５２８７９号に記載されるようなサイクロイドの表面形状を有する特徴を含んでいてもよい。サイクロイド形状を有するジョイント部材は、例えば複数のジョイント部材が一緒に圧縮された場合に、より一般的なインボリュート形状を有するジョイント部材と比べ、詰まり（jamming）を起こしにくい。また、米国特許出願公開第２０１１／０１５２８７９号の図３に示された外サイクロイド３１０及び内サイクロイド３２０は、凹状及び凸状の接触域を含み、外サイクロイド３１０と内サイクロイド３２０の間で力を分散するための比較的大きな接触域をもたらす。結果として、サイクロイド面間の圧力（stress）は与えられた荷重に対して低減され、それらサイクロイド面は低減された荷重変形を受け得る。

Williams氏の米国特許出願公開第２０１１／０１５２８７９号で説明されるように、リスト機構におけるギア動作は、リスト機構における２つの部材が固定関係又はギア比に応じて変化する相対角度方向を有する場合に生じる。米国特許出願公開第２０１１／０１５２８７９号の図１Ａ及び図１Ｂに示すように、リストジョイント１００の部材１１０、１２０は、それぞれ、円形の負担面１１２、１２２を有し、部材１１０、１２０が互いに対して回転するときのギア動作の際に面１１２、１２２が互いに転がることができるようにする。部材１１０は、例えば部材１１０と部材１２０との間の並進運動によるスリップを防止するために、部材１２０の開口部（凹部）１２４の壁と係合可能な歯１１４を含んでいてもよい。歯１１４と開口部１２４の壁との組み合わせは、ピン・ギアと呼ばれてもよい。それ故に、ジョイントは、複数のジョイント部材の互いに対する並進を最小限に抑え或いは排除するための特徴を含んでいてもよい。手術器具のリストのような手術器具は、このようにして曲がる複数のジョイントを含んでいてもよい。例えば、手術器具は、例えばピッチ方向及びヨー方向に曲がることで手術器具の動きに関する複数の自由度をもたらすために、互いに対して方向を定められる複数のジョイントを含んでいてもよい。

典型的な実施例によると、ジョイント部材間の並進を最小限に抑え或いは排除するために用いられるジョイント部材の特徴は、ジョイント部材の繰り返し運動も改善できる。例えば、米国特許出願公開第２０１１／０１５２８７９号の図１Ａ及び図１Ｂで示すように、例えば手術器具のリストを曲げるために部材１１０、１２０が互いに対して回転させられた後で、ユーザは、例えば部材１１０、１２０の回転を逆転させることによってそのリストを真っ直ぐにしたいかもしれない。横方向及び／又は手術器具の長手軸に沿った方向における部材１１０、１２０の互いに対する実質的な変位を何れかの回転がもたらした場合、部材１１０、１２０の互いに対するその後の運動は、円滑さに劣るものとなり得る。更に、部材１１０と部材１２０との間の実質的な変位は、部材１１０と部材１２０との間の動きの制御に影響を与える場合があり、ユーザは、その変位を観察するかもしれない。部材１１０、１２０のそれぞれに歯１１４及び開口部１２４を備えることで、部材１１０、１２０の繰り返し運動は、最小限の並進で実現され得る。このようにして、ジョイント部材は、実質的に反復可能な運動を有するように構成され得る。ジョイント部材を実質的に元の位置に戻すことで運動を繰り返すというジョイント部材のこの能力は、ジョイントのタイミング（timing）と呼ばれてもよい。例えば、部材１１０の歯１１４と部材１２０の開口部１２４とは、米国特許出願公開第２０１１／０１５２８７９号の図１Ａにおける典型的な実施例で示す中立状態のような元の位置に部材１１０、１２０を実質的に戻すタイミングをもたらすための構造としての機能を果たしてもよい。

米国特許出願公開第２０１１／０１５２８７９号における部材１１０の歯１１４と部材１２０の開口部１２４とによってもたらされるピン・ギアのようなジョイントディスクのピン・ギアでは、ピン・ギアを含む隣接するディスク間で許容される最大回転量は、例えば、ジョイントの長手軸に関して±４５度程度に限定されてもよい。例えば±９０度程度までである最大可動域は、ピン・ギアを含む２セットのディスクジョイントを用いることによって、手術器具のリストの総体的運動に関して実現され得る。ディスクジョイントの各セットは、ジョイントの長手軸に関して±４５度の最大回転をもたらす。しかしながら、２セットのディスクジョイントの使用は、追加的な製造コストを課し、且つ、１つの手術器具のために、バックエンドの構成要素における複数の制御ケーブルと複数のモータといった、他の追加的な部品を必要とする。これらの検討に鑑み、例えば±４５度程度よりも大きい比較的大きな最大可動域を有するリストジョイントを提供することが望ましいこととなり得る。それ故に、そのようなリストジョイントでは、±４５度程度以上の制御された関節運動をもたらすことができる。また、円滑な動きが可能で且つ“タイミング”を実現するリストを提供することが望ましい。

図３を見ると、手術器具のリストのためのジョイント４００の典型的な実施例が示されている。ジョイント４００は、図３に示すように、第１ディスク４１０と第２ディスク４２０とを含む。このように、典型的な実施例によると、ジョイント４００は、第１ディスク４１０と第２ディスク４２０とが互いに直接的に接触する２ピースのジョイントであってもよい。例えば、ディスク４１０、４２０は、ディスク４１０とディスク４２０との間に置かれる追加的なジョイント構成要素の存在無しに直接的に接触し得る。用語“ディスク”は、椎骨状の構造を表現するときに頻繁に用いられるように広い意味で用いられる。当業者は、ジョイントのディスク構成要素が円形断面又は円環形状に限定されない様々な形状及び構成を有し得ることを理解するであろう。

米国特許出願公開第２０１１／０１５２８７９号の部材１１０、１２０のような単一の歯とそれに対応する開口部のみを含むジョイント部材とは対照的に、ジョイント４００は、互いにかみ合うジョイント特徴４１１、４２１をそれぞれ有するディスク４１０、４２０を含んでいてもよい。例えば、第１ディスク４１０のジョイント特徴４１１は、図３の典型的な実施例で示すように、第１歯４１２及び第２歯４１４を含んでいてもよい。但し、例えば３つ、４つ、或いはそれ以上の数の歯といった、他の数の歯が用いられてもよい。第２ディスク４２０のジョイント特徴４２１は、図３に示すように、歯４１２、４１４とかみ合うように構成される第１ピン４２２、第２ピン４２４、及び第３ピン４２６を含んでいてもよい。但し、例えば４つ、５つ、或いはそれ以上の数のピンといった、他の数のピンが用いられてもよい。典型的な実施例によれば、ピン４２２、４２４、４２６はそれぞれ一定の曲率半径を有していてもよい。ピンの曲率半径は、ディスクの隣接部分とは異なるものであってもよい。結果として、ピンは互いに径が異なるものであってもよい。

ピンの曲率半径は、図１１Ａの典型的な実施例で示されている。図１１Ａは、ピン中心９２３、９２５、９２７に関して曲率半径９６０、９６２、９６４を有するピン９２２、９２４、９２６を含むディスク９２０を示す。図１１Ａの典型的な実施例で示すように、ピン９２２、９２６に隣接するディスク部分９７０、９７２は、異なる曲率半径を有し、それ故に、ピン９２２、９２６とは異なる形状を有する。同様に、ピン９２４に隣接するステム９４３は、異なる曲率半径を有し、それ故にピン９２４とは異なる形状を有する。更に、ピン９２２、９２４、９２６のそれぞれは同じ曲率半径９６０、９６２、９６４を有するが、半径９６０、９６２、９６４は互いに異なるものであってもよい。例えば、半径９６０、９６２、９６４のそれぞれは異なるものであってもよく、或いは、半径９６０、９６２、９６４のうちの少なくとも１つは他とは異なるものであってもよい。一例では、半径９６０と半径９６４は同じであってもよいが、半径９６２とは異なるものであってもよい。

典型的な実施例によれば、歯とピンは、参照により本書に援用された米国特許出願公開第２０１１／０１５２８７９号に記載されているサイクロイド形状を有していてもよい。図１６を見ると、サイクロイド形状の歯１４１２を有するディスク１４１０と、サイクロイド形状のピン１４２２、１４２４を有するディスク１４２０とを含むジョイント１４００の典型的な実施例が示されている。しかしながら、ジョイントのディスクは、単一の歯と２つのピンに限定されるものではなく、その代わりに、サイクロイド形状を有する２つ、３つ、或いはそれ以上の数の歯と、サイクロイド形状を有する３つ、４つ、或いはそれ以上の数のピンとを含んでいてもよい。例えば、図１７の典型的な実施例は、サイクロイド形状の２つの歯１５１２、１５１４を有するディスク１５１０と、サイクロイド形状のピン１５２２、１５２４、１５２６を含むディスク１５２０とを含むジョイント１５００を示す。

典型的な実施例によると、ディスク４１０は、図３に示すように、近位−遠位方向４７０に関するディスク４１０の端部のそれぞれに複数の歯を含んでいてもよい。同様に、ディスク４２０は、近位−遠位方向４７０に関するディスク４２０の端部のそれぞれに複数のピンを含んでいてもよい。種々の典型的な実施例では、その端部のそれぞれにおける複数の歯若しくは複数のピン、又は、一端における複数の歯と他端における複数のピンであってもよいジョイント特徴をディスクが含む場合、図３の典型的な実施例で示すように、その反対端にある歯又はピンは、約９０度だけ周方向に互いにオフセットされていてもよい。

ジョイント４００は、複数の歯を有する少なくとも１つのディスクを含むため、ジョイント４００は、第１ディスク４１０と第２ディスク４２０との間に改善された可動域をもたらす。例えば、ジョイント４００は、図４に示すように、例えば任意のピッチ又はヨー運動等のために、例えばディスク４１０、４２０が方向４３０において互いに対して回転させられたときに、第１ディスク４１０と第２ディスク４２０との間で±４５度より大きい（ロール角リミットまでの）最大可動域をもたらし得る。別の実施例によると、ジョイント４００は、第１ディスク４１０と第２ディスク４２０との間で±４５度程度よりも大きく±７５度程度までの最大可動域をもたらし得る。別の実施例によると、ジョイント４００は、第１ディスク４１０と第２ディスク４２０との間で±４５度よりも大きく±８０度程度までの最大可動域をもたらし得る。別の実施例によると、ジョイント４００は、第１ディスク４１０と第２ディスク４２０との間で±７５度よりも大きく±９０度程度までの最大可動域をもたらし得る。別の実施例によると、ジョイント４００は、第１ディスク４１０と第２ディスク４２０との間で±６０度程度から±８０度程度の最大可動域をもたらし得る。ジョイント４００は、第１ディスク４１０と第２ディスク４２０との間で±４５度より大きく±９０度程度までの最大可動域（ローク角リミット）、又は、第１ディスク４１０と第２ディスク４２０との間で±６０度程度から±９０度程度の最大可動域といった、第１ディスク４１０と第２ディスク４２０との間での更に大きな可動域をもたらし得る。しかしながら、第１ディスク４１０と第２ディスク４２０との間で更に大きな可動域（ロール角リミット）が実現されてもよい。

ジョイント４００によってもたらされる改善された可動域のため、ジョイント４００を含むリストは、より少ない部品によるより効率的な方法で、ピッチ又はヨー方向における±９０度といった、所望の大きさの運動をもたらし得る。約４５度の最大ロール角に各ジョイントが制限されている以前のリスト構造では、直列に接続されたいくつかのそのようなジョイントが、リスト機構全体の比較的大きなロール角のために必要とされる。しかし、本発明の態様によると、構造の全体的な可動域よりも限られた可動域を各ジョイントが有する構造で比較的大きな可動域を実現するために、ジョイント（及びディスク）が少なくて済む。そして、図示されるように、単一のジョイントが最大で９０度のロール角リミットをもたらすことができる。同じロール角を実現するためには４５度のロール角リミットを有する２つのジョイントが必要とされる。また、単一ジョイントの実施形態は、小さな手術部位におけるエンドエフェクタのより良いアクセスを可能にする、より短いエンドエフェクタのスロー距離（throw distance）を有する。エンドエフェクタのスロー距離は、器具のシャフトの中心線からエンドエフェクタの先端までの距離である。結果として、所望の関節制御を実現しながらも、１又は複数のジョイント４００を含むリストの製造コスト及び複雑さが低減され得る。また、ジョイント４００のディスク４１０、４２０に含まれる複数の歯とそれに対応する複数のピンは、例えば、中立位置にディスクを戻すこと（例えば、ゼロ角ロールアライメント）を含め、ディスク４１０、４２０を正確に位置決めすることを支援するための、且つ、例えばディスク４１０、４２０が方向４３０において互いに回転させられたときのディスク４１０とディスク４２０の間の動きの滑らかさを改善するための、改善されたタイミングをもたらすことができる。また、単一ジョイントの実施形態は、器具のシャフトの中心線からエンドエフェクタの先端までのエンドエフェクタのスロー距離がより短く、小さな手術部位でのエンドエフェクタのより良いアクセスを可能にする。典型的な実施例によると、リストは、例えば、ピッチ又はヨー方向における±１８０度までの可動域を有するリストのように、（ロールリミット角までの）より大きな可動域を実現するために、複数のジョイント４００を含んでいてもよい。図１５の典型的な実施例に示すように、リスト１３００は、より大きな可動域を実現するために、第１ディスク１３１０及び第２ディスク１３２０を含む第１ジョイント１３０２と、第３ディスク１３３０及び第４ディスク１３４０を含む第２ジョイント１３０４とを含んでいてもよい。

また、ジョイント特徴は、ジョイントの歯とピンが互いにかみ合うのを支援するための他の構成を含んでいてもよい。典型的な実施例によると、図３及び図４に示すように、ディスク４１０の歯４１２と歯４１４との間に凹部４１６が備えられてもよい。凹部４１６は、ディスク４２０の中央ピン４２４を受け入れるように形成されている。更に、ディスク４２０のジョイント特徴４２１は、歯４１２、４１４を受け入れるための凹部を含んでいてもよい。例えば、図３及び図４に示すように、凹部４２３は、歯４１２を受け入れるために、ピン４２２とピン４２４の間に位置付けられてもよく、凹部４２５は、歯４１４を受け入れるために、ピン４２４とピン４２６の間に位置付けられてもよい。ピン４２４を受け入れるための凹部４１６と、歯４１２、４１４を受け入れるための凹部４２３、４２５を備えることは、例えば、歯４１２、４１４とピン４２２、４２４、４２６とが互いの間でより遠くに延びるようにすることができるといった、歯４１２、４１４とピン４２２、４２４、４２６とのより緊密な結合を可能にする。結果として、ディスク４１０とディスク４１２との間の動きは更に滑らかなものとされ、ジョイント４００のタイミングは改善され得る。例えば、図４の典型的な実施例で示すようにディスク４１０、４１２が互いに回転させられた後で、図３の典型的な実施例で示す真っ直ぐな形態に実質的に戻るためのディスク４１０、４１２の能力は改善され得る。これは、例えば複数のサイクルにわたって実質的に同じ態様で図４に示す回転を繰り返すジョイント４００を含むリストの能力を改善し得る。

典型的な実施例によると、図３及び図４に示すように、ピン凹部４１３、４１５が、歯４１２、４１４の横にある位置、すなわちディスク４１０、４１２の外側にある位置に設けられてもよい。ピン凹部４１３、４１５は、ディスク４１０、４１２が互いに対して回転させられたときにピン４２２、４２６を受け入れるように構成され得る（図４では凹部４１５がピン４２６を受け入れている。）。結果として、ピン凹部４１３、４１５は、例えば±７５度程度まで或いはそれ以上といった比較的大きな可動域でディスク４１０、４１２が互いに対して回転させられたときでさえも、歯４１２、４１４とピン４２２、４２４、４２６との間のかみ合いの改善を支援し得る（言い換えれば、図４に示すように、ピン４２６とピン４２４との間の凹部内に歯４１４を維持する。）。

典型的な実施例によると、複数の歯を含むジョイント部材は、ジョイントの関節接合の際に、対応するピンとのかみ合いが解除される歯を少なくとも１つ有していてもよい。歯及びピンのようなジョイント特徴を説明するときに本書で用いられる、かみ合い（intermesh）及び係合（engage）は、ジョイント特徴が接触していることを必ずしも意味しない。以下で説明するように、歯及びピンといったジョイント特徴は、標準状態では互いに間隔を空けられていて接触していなくてもよく、或いは、ジョイント特徴は、例えば圧縮荷重を受ける面を提供するために、標準状態で互いに接触していてもよい。例えば、歯とピンは、かみ合わせられ或いは係合させられたときは、標準状態の際には通常は接触しておらず、例えば横力及び／又はトルクがディスクを互いに対して横方向にシフトさせた場合等、後で歯とピンが互いに接触するようにしてもよい。また、歯とピンは、特にディスクが互いに対して既に回転させられているときに、ディスクが長手方向に沿って互いに対してシフトしたときに、互いに接触してもよい。これが生じた場合、少なくとも１つの歯と１又は複数のピンとの間のギャップが閉じ、かみ合わされた歯と１又は複数のピンとを互いに接触させ、ディスク間の更なる横運動及びジョイントの潜在的な脱臼を実質的に防止する。結果として、ディスクの相対位置は維持される。そして、かみ合わされた或いは係合されたジョイント特徴が通常時に互いに接触しない場合でさえ、ディスクを含むジョイントのタイミング、及び、横方向におけるディスクの動きに関する自由度の極小化又は排除を改善する。別の例では、かみ合わされた或いは係合された歯とピンは、例えば歯とピンのそれら自体が荷重負担面としての機能を果たす場合では、通常時に互いに接触していてもよい。例えば、図１６及び図１７の典型的な実施例では、歯１４１２、１５１２、１５１４とピン１４２２、１４２４、１５２２、１５２４、１５２６は、それら自体が、追加的な荷重負担突起なしで、荷重負担面としての機能を果たし得る。

図３は、ジョイント４００の中立状態でかみ合わされている歯とピンの典型的な実施例を示し、歯４１２がピン４２２及びピン４２４とかみ合い、歯４１４がピン４２４及びピン４２６とかみ合っている。更に、ピン４２４は、ピン凹部４１６に受け入れられてもよく、歯４１２、４１４は、それぞれ、歯凹部４２３、４２５に少なくとも部分的に受け入れられ且つそれらの外端に位置付けられていてもよい。図４の典型的な実施例で示すように、ディスク４１０、４２０が方向４３０に回転させられると、その回転は、対応するピン４２２、４２４から解放され且つ歯凹部４２３から外された歯４１２をもたらし得る。しかしながら、図４の姿勢では、ディスクの相対的な回転によって少なくとも１つの歯が解放されたときに、歯とピンがディスク４１０、４２０の位置決め及びタイミングに影響を与え続けるように、別の歯が、対応するピンとかみ合ったままとなり得る。例えば、方向４３０においてディスク４１０、４２０が互いに対して回転させられたときに、歯４１４はピン４２４及びピン４２６とかみ合ったままとなっていてもよい。更に、図４に示すように、歯４１４の大部分は、歯凹部４２５内に受け入れられている。

上述のように、ディスク４１０、４２０を含むジョイント４００は、図２の典型的な実施例におけるリスト２２０のような手術器具のリストに備えられていてもよい。手術器具のリストで用いられる場合、ディスク４１０、４２０は、駆動テンドン（図示せず）によって一緒に引っ張られてもよい。そして、図１の典型的な実施例に関して説明したように、ジョイント４００の動きを制御するために用いられてもよく、また、当業者がよく知っているように、リストの構成要素を一緒に保持するようにディスク４１０、４２０を互いに対して押し付けるために用いられてもよい。典型的な実施例によると、ディスク５１０は、図５に示すように、ディスク５１０を通過する１又は複数のテンドンを収容するために、対応する数のテンドン通路５５４を含んでいてもよい。同様に、ディスク５２０は、１又は複数のテンドン通路５５０を含んでいてもよい。典型的な実施例によると、ディスクは、例えばディスクの別々の部分がテンドンの意図された経路内に存在する場合等では、テンドン毎に２つ以上の通路を含んでいてもよい。例えば、ディスク５２０は、テンドン通路５５０と、ディスク５２０の別の部分における同じテンドンのための別のテンドン通路５５２とを含んでいてもよい。典型的な実施例によると、通路５５０、５５２は、ジョイント５００の長手軸に実質的に平行に延びる方向に沿って互いに一直線になっていない。図５の典型的な実施例におけるテンドン通路５５０、５５２、５５４は、典型的な実施例にしたがってディスク５１０、５２０が互いに対して回転させられたときに、それら通路内でテンドンが前後に動けるように、テンドンの径より大きな径を有していてもよい。典型的な実施例によると、ディスクは、（例えばプッシュ／プル式作動部材が用いられるときのように）２つのテンドン通路を含んでいてもよく、３つのテンドン通路を含んでいてもよく、４つのテンドン通路を含んでいてもよく、或いは、より多くのテンドン通路を含んでいてもよい。

テンドンがジョイントのディスクを一緒に保持する構成の重要性は、圧縮荷重がディスク間に適用される点にある。これらの圧縮荷重に対処するために、典型的なジョイント部材は、圧縮荷重を受けるための荷重負担面を含む１又は複数のジョイント特徴を含んでいてもよい。図５は、図３及び図４の典型的な実施例と同様の要素を有するが追加的なジョイント特徴も有するジョイントの別の典型的な実施例を示す。例えば、ディスク５１０は、圧縮荷重のような荷重を受けるように構成された荷重負担面５４６を有する１又は複数の負担突起５４４を含んでいてもよく、ディスク５２０は、図５に示すように、例えば突起５４４の面５４６とかみ合うことによって圧縮荷重を受けるように構成された荷重負担面５４２を有する１又は複数の負担突起５４０を含んでいてもよい。典型的な実施例によると、ディスク５１０とディスク５２０との間に圧縮荷重が適用される限り、ディスク５１０、５２０の互いに対する動きの間中ずっと、面５４２、５４６は、互いに接触したままとなるように構成されてもよい。

図５の典型的な実施例に示すように、負担突起５４０、５４４の面５４２、５４６は、部分円筒形状を有していてもよい。しかしながら、本書で説明された典型的な実施例の負担突起の面は、部分円筒に限定されず、その代わりに他の形状を有していてもよい。典型的な実施例によると、負担突起は、米国特許出願公開第２０１１／０１５２８７９号に記載されるようなサイクロイド形状の面を有していてもよい。例えば、米国特許出願公開第２０１１／０１５２８７９号に記載されるように、第１負担突起１６１０は、サイクロイド形状の面１６１２を有していてもよく、第２負担突起１６２０は、サイクロイド形状の面１６２２を有していてもよい。別の典型的な実施例によると、参照によりその全部が本書で援用される２００４年１１月１６日に公開された米国特許第６８１７９７４号の典型的な実施例に記載されるように、負担突起は、支柱（strut）によってもたらされてもよい。支柱は、米国特許第６８１７９７４号に記載されるように、２つの隣接するディスクを繋ぐ別個のピースであり、それ故に、３ピース・ジョイントをもたらす別個のピースとして提供されてもよい。例えば、図１９の典型的な実施例に示すように、ジョイント１７００は、第１ディスク１７１０及び第２ディスク１７２０（それぞれが図１９に概略的に示されている）と、ディスク１７１０とディスク１７２０の間に接続され且つそれらの間の荷重を受けるように構成された支柱１７３０とを含んでいてもよい。図１９の典型的な実施例に示すように、支柱１７３０は、複数の突起１７３２と、複数の突起１７３２を繋ぐリング１７３４とを含んでいてもよい。ディスク１７１０及びディスク１７２０のそれぞれは、例えばディスク１７２０における複数の溝１７２２のような、支柱１７３０を介してディスク１７１０とディスク１７２０を接続すべく突起１７３２をかみ合わせるための特徴を含んでいてもよい。

典型的な実施例によると、ディスク５１０は、図５に示す近位−遠位方向５７０に関するディスク５１０の各端部に負担突起５４４を含んでいてもよい。同様に、ディスク５２０は、ディスク５２０の各端部に負担突起５４０を含んでいてもよい。ディスクがその端部のそれぞれに負担突起を含む場合、両端にあるそれら突起は、図５の典型的な実施例に示すように、周方向において約９０度だけ互いからオフセットされていてもよい。しかしながら、負担突起は、図５に示す構成に限定されず、その代わりに、例えばディスクを含むリストの可動域を増大させるために、互いからオフセットされる代わりにディスクの長手軸に沿って実質的に一直線となる配置を有していてもよい。

典型的な実施例によると、負担突起５４０及び負担突起５４４はそれぞれ、歯５１２、５１４とピン５２２、５２４、５２６を含むジョイント特徴５１１、５１２から分離されていてもよい。例えば、負担突起５４０は、図５に示すように、ピン５２２、５２４、５２６とは異なる、物理的に分離された部材であってもよい。突起５４０の面５４２は、ピン５２２、５２４、５２６によってもたらされる面とは異なる別個の面であってもよい。また、負担突起５４４及び負担面５４６は、図５に示すように、歯５１２、５１４とは異なる物理的に分離された部材であってもよく、また、突起５４４の面５４６は、歯５１２、５１４によってもたらされる面とは異なる別個の面であってもよい。典型的な実施例によると、突起５４０、５４４は、種々の制御テンドン、ロッド、及び他の器具構成要素が通過し得るディスク５２０の中央開口部５６０に関して、ピン５２２、５２４、５２６及び歯５１２、５１４とは異なる半径位置に位置付けられてもよい。典型的な実施例によると、図５に示すように、ピン５２２、５２４、５２６を含んでいてもよいジョイント特徴５２１よりもディスク５２０の中央開口部５６０に近いところに負担突起５４０が位置付けられるように、負担突起５４０は半径方向内側に位置付けられてもよい。同様に、歯５１２、５１４を含んでいてもよいジョイント特徴５１１よりもディスク５１０の中央開口部（図示せず）に近いところに負担突起５４４が位置付けられるように、負担突起５４４は半径方向内側に位置付けられてもよい。

歯５１２、５１４及びピン５２２、５２４、５２６及び負担突起５４０、５４４は、ディスク５１０、５２０の一部であってもよいが（すなわち、ディスク５１０、５２０と共に１ピース構造を有していてもよいが）、歯５１２、５１４及びピン５２２、５２４、５２６及び負担突起５４０、５４４は、そのような構成に限定されない。その代わりに、例えば、歯５１２、５１４、及び／又は、ピン５２２、５２４、５２６、及び／又は、負担突起５４０、５４４は、ディスク５１０、５２０に接続される別個のピースとして提供されてもよい。

上述のように、ディスクの歯及びピンは、図５の典型的な実施例で示すように歯５１２、５１４がピン５２２、５２４、５２６とかみ合わされているときであっても、標準状態の際に互いに間隔を空けて配置されてもよい。例えばジョイント５００が横力及び／又はトルクを受けていないときのような標準状態において、例えば約０．０００１インチのギャップが、歯５１２、５１４と、対応するピン５２２、５２４、５２６との間に提供されていてもよい。そのような構成では、突起５４０、５４４は、ディスク５１０とディスク５２０との間の圧縮荷重を受けるために用いられてもよい。歯５１２、５１４とピン５２２、５２４、５２６は、圧縮荷重を受けるように接触していなくてもよいためである。別の実施例によると、図３のジョイント４００の歯４１２、４１４とピン４２２、４２４、４２６は、歯４１２、４１４とピン４２２、４２４、４２６がかみ合わされたときに、互いに接触していてもよい。結果として、歯４１２、４１４とピン４２２、４２４、４２６は、圧縮荷重のための負担面としての機能を果たしてもよい。歯とピンが負担面としての機能を果たす構成では、典型的な実施例にしたがって、荷重負担面としての負担突起は省略されてもよい。歯とピンが荷重負担面としての機能を果たすためである。上述のように、図１６及び図１７の典型的な実施例における歯１４１２、１５１２、１５１４とピン１４２２、１４２４、１５２２、１５２４、１５２６は、追加的な荷重負担突起無しで、それら自体が荷重負担面としての機能を果たしてもよい。

ジョイント部材は、上述の典型的な実施例で説明されたもの以外の種々の他の設計特徴を含んでいてもよい。例えば、図３及び図４を参照すると、図３及び図４の典型的な実施例で示すように、ディスク４２０のジョイント特徴４２１は、ディスク４２０のボディ４７２に関連する肩部４６２を形成してもよく、ディスク４１０のジョイント特徴４１１は、ディスク４１０のボディ４７４に関連する肩部４６６を形成する突起４６８を含んでいてもよい。例えば、ジョイント特徴４２１は、ディスク４２０のボディ４７２に関連する肩部４６２を形成する突起４６４に位置付けられてもよく、また、ジョイント特徴４１１は、ディスク４１０のボディ４７４に関連する肩部４６６を形成する突起４６８に位置付けられてもよい。肩部４６２、４６６は、ボディ４７２、４７４に対してほぼ直角を形成してもよい。ディスク４１０、４２０のボディ４７２、４７４はそれぞれ、図３及び図４に示すように、ディスク４１０とディスク４２０との間の可動域の限界までディスク４２０、４１０が互いに回転させられたときに互いに係合可能な傾斜面４７３、４７５を含んでいてもよい。このようにして、傾斜面４７３、４７５は、ディスク４１０とディスク４２０との間の回転を制限する制止部としての機能を果たすことができる。

また、歯及び／又は歯凹部は、比較的大きなものとなり、且つ、かみ合わされたときに大きな表面接触度をもたらすように構成されてもよい。横荷重によってより容易に係合が解除され得る、より多くの小さな歯の使用とは異なり、この大きな表面接触は、例えば比較的大きな横荷重の際等で、ディスク間のずれを最小限に抑えるのを支援できる。また、大きな表面接触は、ジョイントの長手軸回りの回転のような（ロールとは異なる）ディスク間の回転をも最小限に抑える。このように、ディスクの負担面間のずれ、及び、ディスクの相対的な軸回転を最小限に抑えることによって、リストは、手術中に受ける荷重の下で２つのディスクが互いに係合解除されることなく、（例えば、個々の構成のロール角リミットによって決まる４５度より大きい９０度までの）大きな角度で使用され得る。

別の典型的な実施例によると、ジョイント６００は、図６に示すように、肩部又は肩部を形成するディスクボディからの突起を有しないディスク６１０、６２０を含んでいてもよい。ディスク６１０は、肩部の代わりに、ディスク６１０の側部にある傾斜面６３２から延びる歯６１２、６１４を含んでいてもよい。同様に、ディスク６２０は、ディスク６２０の側部にある傾斜面６３０から延びるピン６２２、６２４、６２６を含んでいてもよい。例えば、歯６１２、６１４は、傾斜面６３２から直接延びてもよく、また、ピン６２２、６２４、６２６は、傾斜面６３０から直接延びてもよい。ディスク６１０、６２０は、図３及び図５の典型的な実施例のディスク４１０、４２０に関して説明した、突起５４０、５４４及び凹部４１３、４１５、４１６、４２３、４２５のような他の特徴を含んでいてもよい。

図５の典型的な実施例を参照して図示し且つ説明したように、ディスク５２０、５１０の負担突起５４０、５４４はそれぞれ、半径方向に沿ってピン５２２、５２４、５２６及び歯５１２、５１４よりも中央開口部５６０に近いところに位置付けられてもよい。そのような構成は、図５に示すように、ディスク５１０、５２０が互いに対して回転させられたときに、歯５１２、５１４とピン５２２、５２４、５２６との間に隙間５５３をもたらし得る。ディスク５１０、５２０が周囲環境にさらされるところである手術器具のリスト又は他の構成要素でジョイント５００が用いられる場合、ディスク５１０、５２０の比較的大きな回転を考慮に入れたとしても、歯５１２、５１４とピン５２２、５２４、５２６との間の隙間を最小限に抑え或いは排除するようにディスク５１０、５２０を設計することが望ましいこととなり得る。例えば、歯とピンの間の隙間５５３は、周囲環境からの物質が隙間５５３に入るのを可能にする。それは、ジョイントの関節接合を潜在的に妨げる可能性がある。

図７を見ると、第１ディスク６５２及び第２ディスク６５４を含むジョイント６５０の典型的な実施例が示されている。ディスク６５２は歯６５６を含んでいてもよく、ディスク６５４はピン６５１、６５５を含んでいてもよい。典型的な実施例によると、歯６５６を受け入れるように構成されたディスク６５４の凹部６５８は、歯とピンの間の隙間を最小限に抑え或いは排除するためにトロコイド形状を有していてもよい。図７の典型的な実施例で示すように、歯６５６の先端６５７は、第１ディスク６５２及び第２ディスク６５４が互いに対して回転させられたときに曲線６５３を描き得る。曲線６５３の端は、曲線６５３の形状がよりはっきりするようディスク６５２とディスク６５４の間の物理的な可動域の限界を超えて延ばされている。ジョイント６５０におけるトロコイド形状を有する凹部６５８を用いることによって、歯６５６と凹部６５８の間の隙間は、特にジョイント６５０が単一の歯６５６を含む場合に、最小限に抑えられ或いは除去され得る。例えば図３−図５の典型的な実施例等で示すようにジョイントが複数の歯を含む場合には、特にジョイントが大きな可動域まで作動させられたときに、歯とピンの間にギャップ又は他の外れ（misalignment）が生じる場合がまだある。

図８を見ると、図７における方向６６０に最大限にディスク６５２、６５４が互いに対して回転させられた後の領域６５９の拡大図が示され、歯６５６は、凹部６５８の表面にかみ合ったままとなっている。例えば、歯６５６の先端６５７は、図８に示すように、特にジョイント６５０が小さい数の歯を含む場合に、凹部６５８内に受け入れられたままとなり得る。更に、歯６５６とピン６５１、６５５の間（及び、歯６５６と凹部６５８の表面との間）のギャップは、（例えば、横力及び／又はトルクがジョイント６５０に適用されない場合の）標準状態で歯６５６とピン６５１、６５５が互いに接触しない場合等に、小さいままとなり得る。それ故に、ディスク６５２、６５４が中立位置に向かって逆向きに回転するときに、周囲環境からの物質が入る可能性がある歯６５６とピン６５１、６５５の間の隙間を最小限に抑え或いは排除できる。

歯とピンの間の隙間に対処する別の方法は、歯とピンとの間の隙間の周囲環境に対する露出を減らすことである。図５の典型的な実施例では、ディスク５２０、５１０の負担突起５４０、５４４はそれぞれ、中央開口部５６０に関し、ピン５２２、５２４、５２６及び歯５１２、５１４の半径方向の内側にあってもよい。結果として、歯５１２、５１４及びピン５２２、５２４、５２６は、ディスク５１０、５２０の外周に位置付けられ、且つ、歯５１２、５１４とピン５２２、５２４、５２６の間の隙間５５３は、例えばディスク５１０、５２０が互いに対して回転させられた場合等に、周囲環境にさらされ得る。別の典型的な実施例では、歯又はピンよりも中央突起からの半径方向距離が大きいところに負担突起が位置付けられていてもよい。

図９を見ると、第１ディスク７１０及び第２ディスク７２０を含むジョイント７００の典型的な実施例が示されている。ディスク７１０は、図５の典型的な実施例に関して説明したように、歯７１２、７１４及び負担突起７４４を含んでいてもよい。しかし、負担突起７４４は、歯７１２、７１４に対して外側の位置にある。例えば、負担突起７４４は、中央開口部７６１からの半径方向距離が歯７１２、７１４よりも大きいところに位置付けられてもよい。ディスク７２０は、図５の典型的な実施例に関して説明したように、ピン７２２、７２４、７２６と負担突起７４０を含んでいてもよい。しかし、負担突起７４０は、ピン７２２、７２４、７２６に対して外側の位置に位置付けられている。例えば、負担突起７４０は、ディスク７２０の中央開口部７６２からの半径方向距離がピン７２２、７２４、７２６よりも大きいところに位置付けられてもよい。結果として、歯７１２、７１４とピン７２２、７２４、７２６は、ディスク７１０、７２０の外周に位置付けられることはなく、負担突起７４０、７４４は、図５の典型的な実施例に比べ、歯７１２、７１４とピン７２２、７２４、７２６の間の隙間が周囲環境にさらされにくくなるよう、歯７１２、７１４とピン７２２、７２４、７２６をある程度は保護できる。

典型的な実施例によると、ディスク７１０、７２０の突起７４０、７４４は、図５の典型的な実施例で示したテンドン通路５５０、５５２、５５４のような、テンドンがディスク７１０、７２０を貫通できるようにするテンドン通路を含んでいてもよい。図１０を見ると、図９の典型的な実施例にしたがって構成されてもよいディスク８１０、８２０を含むジョイント８００の典型的な実施例が示されている。ディスク８１０、８２０はそれぞれ、負担突起８１２、８２２を含んでいてもよい。負担突起８１２、８２２が中央開口部８１４、８２４に対して外側位置に位置付けられているため（負担突起８１２、８２２が半径方向外側で且つディスク８１０、８２０の外面に近いところに位置付けられていてもよい）、負担突起８１２、８２２における通路を通って延びる駆動テンドン８３０もまた、外側位置に位置付けられている。駆動テンドン８３０がディスク８１０、８２０の外周に位置付けられ且つディスク８１０とディスク８２０の間に延びるため、テンドン８３０は、周囲環境からの物質に対する障壁を提供し且つそのような物質がディスク８１０、８２０の歯とピンの間の隙間に入るのを抑制し或いは排除することができる。

荷重面をもたらす負担突起に対して半径方向内側の位置に位置付けられた歯とピンを含むディスクの実施例に関する検討事項の１つは、ディスクの製造し易さである。例えば、負担突起の半径方向内側に歯とピンを位置付けることは、例えばディスクを成形し或いは機械加工する場合等で、負担突起に関して半径方向外側の位置に歯とピンが位置付けられるディスクの実施例に比べ、製造上の課題をもたらし得る。この検討事項に鑑み、種々の典型的な実施例は、例えば突起及び中央開口部に対して半径方向内側の位置に歯又はピンを含むディスクを含めた、ディスクの製造を容易にするように構成されたジョイントのためのディスクを検討している。

図１１Ａに示すように、ジョイント９００は、典型的な実施例にしたがって、歯９１２、９１４を有する第１ディスク９１０とピン９２２、９２４、９２６を有する第２ディスク９２０とを含む。図１１Ａの典型的な実施例で示す構成は、図３−図６、図９、及び図１０の典型的な実施例で使用されてもよい。歯９１２、９１４とピン９２２、９２４、９２６は、ジョイント９００が図１１Ａに示す中立位置にあるときに且つディスク９１０、９２０が互いに対して転がるときに、互いにかみ合うように構成されている。（破線で表された）円弧９３０、９３２は、ディスク９１０とディスク９２０との間の接触面（負担面）を表す。円弧９３０、９３２は、ディスクの運動の転がり面を表し、ピンとギアの間の接触点を通る理論的な円弧に対応する。それ故に、円弧９３０、９３２は、ディスク９１０とディスク９２０の間の接触面（負担面）に対応し得る。例えば、図５の典型的な実施例の負担突起５４０、５４４のような負担突起をディスク９１０、９２０が含み、且つ、負担突起が部分円筒形状を有する場合、円弧９３０、９３２は、円筒負担面に対応する。円弧９３０、９３２は、例えば、図５及び図９の典型的な実施例に関連して説明した負担突起５４０、５４４、７４０、７４４の、ピン９２２、９２４、９２６の平面への投影面であってもよい。ピン９２２、９２４、９２６の平面は、例えば、図１１Ａのページの平面であってもよい。例えば、円弧９３０、９３２は、負担突起の荷重負担面の輪郭を辿り、荷重負担面に対する（例えば荷重負担面に隣接する）ピン９２２、９２４、９２６の位置を示すものであってもよい。このように、円弧９３０、９３２は、各ディスクの負担突起の荷重負担面を描くものであってもよい。言い換えれば、ピン９２２、９２４、９２６は、図５及び図９の典型低な実施例で示すように、ジョイント９００の半径方向において負担突起からオフセットされていてもよいが、ピン９２２、９２４、９２６の中心９２３、９２５、９２７は、ディスク９２０の負担突起と実質的に同じ程度まで方向９５２に延びてもよい。結果として、ディスク９１０、９２０は、あたかもディスク９１０、９２０が互いに対して転がる（円弧９３０、９３２で表される）２つの円としての機能を果たすように、方向９４０で互いに対して回転し得る。特に、ピン９２２、９２４、９２６の中心９２３、９２５、９２７のそれぞれは円弧９３２の上にある。例えば、図１１Ａに示す中立位置において（例えばゼロ角ロールアライメントにおいて）、ジョイント９００は、長手軸９０１がディスク９１０、９２０の双方の中心を通るように真っ直ぐとなっている。更に、方向９４０でディスク９１０、９２０が互いに対して回転させられたとき、ピン９２２、９２４、９２６の中心９２３、９２５、９２７は、円弧９３２の上に留まり得る。ピン中心９２３、９２５、９２７と円弧９３２の間の距離は実質的に変化しないためである。

図１１Ａ−図１１Ｅに示すように、歯９１２、９１４、歯の間の凹部／凹み９４４、及び、各歯９１２、９１４の反対側にある側部切り欠き／凹部９５０は、第１ディスク上の機械的タイミング特徴としての機能を果たす。同様に、ピン／突起９２４、側部ピン／突起９２２、９２６は、ピン／突起９２２、９２４とピン／突起９２４、９２６との間の凹部／凹みと共に、第２ディスク上の機械的タイミング特徴としての機能を果たす。開示された実施例との関連において、“タイミング”は、リスト又は同様の構造の構成要素である２つのディスクの間の運動の機械的指標付けを参照し、それら２つの構成要素の間のロール角度関係が正確に制御され且つロール角度関係を所望の値に変更するための制御入力が行われた後でそのロール角度関係が検知されるようにする。このように、そのようなタイミング特徴の様々な実施例が開示される。

典型的な実施例によると、ジョイントは、ジョイント９００の可動域の半分を有するように構成されてもよい。例えば、ジョイントは、図１１Ａの典型的な実施例におけるジョイント９００と同様に構成されるが、例えば長手軸９０１の左側又は長手軸９０１の右側の構造のみといった、ジョイント９００の構造の半分のみを有していてもよい。それ故に、ジョイントが図１１Ａにおける長手軸９０１の左側の構造のみを有する場合、そのジョイントは、方向９４０に沿って長手軸９０１の左側に回転し得る。ジョイントは、ジョイント９００の可動域の半分を有するので、ジョイントが（図１１Ａにおけるディスク９１０、９０２のように）真っ直ぐになると動きが止まる。同様に、ジョイントが図１１Ａにおける長手軸９０１の右側の構造のみを有する場合、そのジョイントは、方向９４０に沿って長手軸９０１の右側に回転し得る。ジョイントが真っ直ぐになると動きが止まる。

ジョイント９００のタイミングとジョイント９００の動きの滑らかさを改善すべく、例えばディスク９１０、９２０を互いに対して回転させることによってジョイント９００が関節接合させられたときに歯９１２、９１４とピン９２２、９２４、９２６が大きくかみ合い且つ係合するように、歯９１２、９１４とピン９２２、９２４、９２６は、半径方向９５２に沿って延びてもよい。結果として、図１１Ａに示すように、歯９１２、９１４とピン９２２、９２４、９２６が互いに大きくかみ合い且つ係合できるように、ピン９２４は、歯９１２と歯９１４との間にある凹部９４４内に延びる。歯９１２、９１４とピン９２２、９２４、９２６の間の大きなかみ合い及び係合をもたらすそのような実施例におけるディスク９１０とディスク９２０の間の大きな（回転）可動域の実現を容易にするために、図１１Ａに示すように、ピン９２４が接続されるところのステム９４３の両側に切り欠き９４２が提供されてもよい。結果として、ディスク９１０、９２０が方向９４０に沿って互いに対して回転させられ且つピン９２４と歯９１２又は歯９１４の１つとが互いに向かって動いたときに、歯９１２、９１４のそれぞれの側部９１３、９１５の１つは、ジョイント９００の大きな可動域をもたらすために、ピン９２４の切り欠き９４２内に受け入れられ得る。更に、ディスク９１０、９２０が互いに対して回転させられたときに大きな可動域でピン９２２、９２６を受け入れるべく、例えば歯９１２、９１４の基部に隣接するように歯９１２、９１４の横に切り欠き９５０が位置付けられてもよい。ディスク９１０の肩部９５１は、以下で説明されるように、例えばピン９２２又はピン９２６の一部といったディスク９２０の一部とかみ合い、機械的制止部としての機能を果たしてもよい。

図３及び図４の典型的な実施例に関して説明したように、ジョイント９００の作動は、対応するピン間の歯凹部から外されるように、対応するピンから解放される歯をもたらし得る。図１１Ｂは、例えば矢印９４０の反時計回り方向に沿ったディスク９１０、９２０の互いに対する回転によるジョイント９００の動作の際のジョイント９００を示す。図１１Ｂ−図１１Ｅで示す可動域は反時計回りのものであるが、当業者は、説明される動きが矢印９４０の時計回り方向における動きにも適用されることを理解するであろう。このように、図１１Ａ及び説明された他の種々の実施例に示された対称形状において、可動域は、リスト構造の長手軸に関するプラス／マイナス（時計回り／半時計回り）の範囲を含む。しかしながら、リストジョイントは、長手軸に対して１方向のみに動くように構成されてもよく、それ故に、ジョイント構造の半分のみ（例えば、図１１Ａに示す軸９０１の左側又は右側の何れか）が提供されてもよい。

図１１Ｂに示すように、図示されたように回転するためのジョイント９００の作動は、ディスク９１０、９２０が互いに対して回転させられるにつれて、ピン９２６とピン９２４の間にあるディスク９２０の凹部９８２内に歯９１４が更に及ぶようにさせる。反対に、歯９１２は、凹部９８０から引き抜かれてピン９２２及びピン９２４から解放され始める。ピン９２２とピン９２４の間の凹部９８０からの歯９１２の解放は、図１１Ｃ及び図１１Ｄに示すようにジョイント９００が回転し続けるにつれて進行する。図１１Ｃ及び図１１Ｄは、凹部９８０から完全に外され、ピン９２２及びピン９２４から解放された歯９１２を示す。図１１Ｅに示すように、ジョイント９００がその最大可動域（ロールリミット角）に達するとジョイント９００の関節運動は止まる。その時点において、歯９１２はピン９２２とピン９２４の間の凹部から完全に外され、歯９１４の少なくとも一部（図１１の実施例ではその大部分）はピン９２６とピン９２４の間の凹部９８２内に留まり、且つ、ピン９２６はディスク９１０の肩部９５１とかみ合う。肩部９５１は、ジョイント９００の可動域の最も端の位置でジョイント９００の関節運動を停止させ且つジョイント９００の姿勢を支持することを支援する機械的制止部としての機能を果たす。

図１１Ａに関して説明したように、ディスク９１０、９２０は、ディスク９１０とディスク９２０の間の大きな（回転）可動域の実現を容易にするために、切り欠き９４２、９５０を含んでいてもよい。しかしながら、切り欠き９４２、９５０は、製造が困難な場合がある。特にディスク９２０が成形プロセスによって製造される場合、特に図５の典型的な実施例におけるように歯９１２、９１４とピン９２２、９２４、９２６が負担突起の半径方向内側に位置付けられる場合、ディスク９１０、９２０の隣接する構成要素に関する切り欠き９４２、９５０の形状が原因で、金型表面で切り欠き９４２、９５０を形成しその後に切り欠き９４２、９５０から金型表面を引き抜くことが困難なためである。また、図９の典型的な実施例におけるように歯９１２、９１４とピン９２２、９２４、９２６が半径方向内側に位置付けられる場合、その内側配置は、歯９１２、９１４とピン９２２、９２４、９２６の機械加工を挑戦的なものとする。

ジョイントディスクの製造し易さを改善するため、ジョイントディスクは、より少ない切り欠きを有する形状、又は、切り欠きのない形状で設計されてもよい。図１２を見ると、典型的な実施例にしたがって、歯１０１２、１０１４を備えた第１ディスク１０１０と、ピン１０２２、１０２４、１０２６を備えた第２ディスク１０２０を含むジョイント１０００の側面図が示されている。（破線で表された）円弧１０３０、１０３２は、ディスク１０１０とディスク１０２０の間の接触面を表す。例えば、円弧１０３０、１０３２は、図５及び図９の典型的な実施例に関して説明された円弧９３０、９３２と同様に、負担突起５４０、５４４、７４０、７４４の面の投影であってもよい。それ故に、ディスク１０１０、１０２０は、あたかもディスク１０１０、１０２０が互いに対して転がる（円弧１０３０、１０３２で表される）２つの円としての機能を果たすように、方向１０４０において互いに対して回転し得る。

図１２の典型的な実施例において、歯１０１２、１０１４とピン１０２２、１０２４、１０２６は、図１１Ａの典型的な実施例のものよりも小さい程度で半径方向１０５２に沿って延びるように形成されている。結果として、ピン中心１０２３、１０２５、１０２７は、円弧１０３２からオフセットされている。例えば、図１２に示す中立位置では、長手軸１００１がディスク１０１０、１０２０の双方の中心を通過するように、ジョイント１０００は真っ直ぐとなっている。ピン中心１０２３、１０２５、１０２７は、例えば、円弧１０３２によって表される負担突起よりも小さい程度で（円弧１０３２の中心に向かう半径方向であってもよい）半径方向１０５２に沿ってディスク１０１０の方に延びることによって円弧１０３２からオフセットされていてもよい。ピン１０２２、１０２４、１０２６の中心１０２３、１０２５、１０２７は、ジョイント１０００が関節運動させられたときに円弧１０３２上に留まっていてもよい。それ故に、ディスク１０１０、１０２０が方向１０４０に互いに対して回転させられたときに、ピン１０２２、１０２４、１０２６の中心１０２３、１０２５、１０２７は、円弧１０３２上に留まっていてもよい。ピン中心１０２３、１０２５、１０２７と円弧１０３２の間の距離が実質的に変化しないためである。歯１０１２、１０１４とピン１０２２、１０２４、１０２６は半径方向１０５２に沿ってより小さい程度で延びているため、ステム１０４３の側部１０４２は切り欠きがなく実質的に真っ直ぐとなり得る。また、歯１０１２、１０１４の横にある位置１０５０も、図１１Ａの典型的な実施例における切り欠き９５０のような切り欠きを欠いていてもよい。それ故に、ディスク１０１０、１０２０は、より少ない切り欠きのため、或いは、切り欠きがないため、互いにかみ合う表面に起因するような金型表面の引き抜きを妨げる表面輪郭を最小限に抑え或いは排除することができ、製造がより容易となり得る。

しかしながら、歯１０１２、１０１４とピン１０２２、１０２４、１０２６は、半径方向１０５２に沿ってより小さい程度で延びるため、歯１０１２、１０１４とピン１０２２、１０２４、１０２６は、例えば図１１Ａの典型的な実施例に比べ、より小さい程度でかみ合い且つ係合する。結果として、ジョイント１０００の関節運動は、例えばディスク１０１０、１０２０が方向１０４０において互いに対して回転させられたとき等に、あまり滑らかではないものとなり得る。更に、歯１０１２、１０１４とピン１０２２、１０２４、１０２６によってもたらされるタイミングの程度は、図１１Ａの典型的な実施例におけるような、歯とピンの間のより大きなかみ合いを有するジョイントと比べ、悪化し得る。

これらの検討に鑑み、ジョイントの製造し易さと、ジョイントにおける歯とピンの間のかみ合いとのバランスをもたらすジョイントを提供することが望ましいこととなり得る。図１３を見ると、歯１１１２、１１１４を有する第１ディスク１１１０と、ピン１１２２、１１２４、１１２６を有する第２ディスク１１２０を含むジョイント１１００の典型的な実施例の側面図が示されている。（破線で表された）円弧１１３０、１１３２は、ディスク１１１０とディスク１１２０の間の接触面を表す。例えば、円弧１１３０、１１３２は、図５及び図９の典型的な実施例に関して説明された円弧９３０、９３２と同様に、負担突起５４０、５４４、７４０、７４４の面の投影であってもよい。それ故に、ディスク１１１０、１１２０は、あたかもディスク１１１０、１１２０が互いに対して転がる（円弧１１３０、１１３２で表される）２つの円としての機能を果たすように、方向１１４０において互いに対して回転し得る。

図１３の典型的な実施例では、ピン１１２２、１１２６は、ピン１１２２、１１２６が円弧１１３２からオフセットされるべく、半径方向１１５２に沿ってより小さい程度で延びるように構成される。しかし、ピン１１２４は、半径方向１１５２に沿ってピン１１２２、１１２６よりも大きく延びる。このため、ピン１１２２、１１２６のそれぞれの中心１１２３、１１２７は、半径方向１１５２に沿って円弧１１３２から半径方向にオフセットされる。しかし、ピン１１２４の中心１１２５は、円弧１１３２上に位置付けられる。図１３に示す中立位置では、例えば、長手軸１１０１がディスク１１１０、１１２０の双方の中心を通るように、ジョイント１１００は真っ直ぐとなっている。更に、方向１１４０においてディスク１１１０、１１２０が互いに対して回転させられた場合、ピン１１２４の中心１１２５は、円弧１１３２上に留まり得る。ピン中心１１２３、１１２５、１１２７と円弧１１３２の間の距離が実質的に変化しないためである。また、ピン１１２４は、歯１１１２と歯１１１４の間に位置付けられた凹部１１４４内に受け入れられるように延びてもよい。結果として、歯１１１２、１１１４とピン１１２２、１１２４、１１２６は、図１２の典型的な実施例におけるよりも大きい程度で互いにかみ合い且つ係合し、図１２の典型的な実施例に比べ、より滑らかな動きと改善されたタイミングをもたらし得る。また、ステム１１４３の側部１１４２は、切り下げを欠いていてもよい。ピン１１２４はステム１１４３から延びる。また、歯１１１２、１１１４の横にある位置１１５０も切り下げを欠いていてもよい。ディスク１１１０、１１２０の製造を容易にするためである。このように、ジョイント１１００における対の一方のディスク１１２０と対の他方のディスク１１１０との間の接触面を表す円弧１１３２から軸方向にオフセットされている少なくとも１つのピンと、円弧１１３２からオフセットされていない少なくとも１つのピンとを含むディスク１１２０を提供することによって、製造の容易さと、歯とピンの間のかみ合いとのバランスがもたらされ得る。そして、ジョイントの動きとジョイントの“タイミング”の滑らかさに影響を与える。図１３の典型的な実施例では、ピン１１２４は円弧１１３２からオフセットされておらず、ピン１１２２、１１２６は円弧１１３２からオフセットされているが、他の構成が用いられてもよい。例えば、４つのピンを含むディスクは、ディスクの接触面を表す円弧からオフセットされた２つの端部ピンを有し、一方で、中央の２つのピンは、その円弧からオフセットされていなくてもよい。

例えば図１１Ａ−図１１Ｅのジョイントの動きに関して説明したように、図１２及び図１３の典型的な実施例における歯も、ジョイント１０００、１１００の関節運動の際に、ディスクの回転方向に応じて、凹部のそれぞれから外され／引き抜かれることが理解されるべきである。更に、図１１Ｂ−図１１Ｅに関して説明したように、ジョイント１０００、１１００の歯は、ジョイント１０００、１１００の関節運動の際に、対応するピンとの係合から解放されてもよい。図１１Ａから図１１Ｅの一連の図は、位置合わせされた（ゼロ角の）幾何学的配置から一例としての約９０度のロールリミット角まで２つのディスクが回転するときの、接触負担面とその接触負担面に隣接するタイミング構造を含む２つのディスクの間のロール運動を示す。２つの負担面は互いに対して転がるので、ロール角リミット制止部として機能すべく、ピン９２６の側部が肩部９５１に引っ掛かり且つ歯９１４の外面がピン９２４の外面に引っ掛かるまで、歯の外面と対応凹部の外面は互いにスライドする。引っ掛かっているこれらのロール角リミット制止部の何れか１つは、実施例によっては排除されてもよく、別の機械的ロール角リミット制止部が用いられる他の実施例ではそれらの双方が排除されてもよい。更に別の実施例では、機械的ロール角リミット制止部が用いられず、２つのディスクの間の角度関係は、予期された荷重の下でジョイントの係合を解除させ得る定められた角度をその角度が超えないように制御される。

また、図１１Ａ−図１３の典型的な実施例におけるジョイント９００、１０００、１１００は、図５及び図９の典型的な実施例で説明されたような、圧縮荷重を受けるための負担突起（図示せず。）を含んでいてもよい。上述のように、負担突起は、円弧９３０、９３２、１０３０、１０３２、１１３０、１１３２によって表される面を提供してもよい。それらの負担突起は、ジョイント９００、１０００、１１００の歯とピンが互いに間隔を空けられたままとなるのを可能にし得る。例えば、図１２の典型的な実施例におけるジョイント１０００に含まれる負担突起は、図１２の典型的な実施例で示されたように、通常の状況の際（例えば横力及び／又はトルクがジョイント１０００に適用されていない場合）に、歯１０１２、１０１４とピン１０２２、１０２４、１０２６が互いに間隔を空けて配置されるのを可能にし得る。或いは、図１１Ａ−図１３の典型的な実施例におけるジョイントは、ジョイントの歯とピンが圧縮荷重を受けることで、負担突起を欠いていてもよい。特に、図１１Ａのジョイント９００は、ジョイント９００の歯９１２、９１４とピン９２２、９２４、９２６で圧縮荷重を受けるため、また、図１３のジョイント１１００は、図１３の典型的な実施例に示す姿勢をディスク１１１０、１１２０がとる場合にジョイント１１００のピン１１２４と共に、凹部１１４４と歯１１１２、１１１４で圧縮荷重を受けるため、突起を欠いていてもよい。

１又は複数のピンが円弧からオフセットされる構成を利用することで、ピンと歯の形状は変更され得る。例えば、歯１１１２、１１１４は、（ピン中心９２３、９２５、９２７が円弧９３２上にある）図１１Ａの典型的な実施例における歯９１２、９１４よりも非対称となるように形成されてもよく、歯１１１２の第１側部１１１３は、歯１１１２の第２側部１１１５とは異なる曲率を辿ってもよい。非対称に形成された歯は、切り欠きの低減又は排除と同様に、歯とピンとの間のかみ合いに影響を与え得る。図１４を見ると、ディスク１２１０の典型的な実施例が示されている。線１２２０は、図１２の典型的な実施例におけるように、対応するピン（図示せず。）が円弧からオフセットされているときの歯１２１２、１２１４の形状の外形を描く。対照的に、線１２３０は、図１１Ａの典型的な実施例におけるように、対応するピン（図示せず。）が円弧からオフセットされていないときの歯１２１２、１２１４の形状を表す。図１３の典型的な実施例におけるように、いくつかのピンがオフセットされ且ついくつかのピンがオフセットされていない場合、歯１２１２、１２１４は、線１２２０と線１２３０の合成（hybrid）である形状を有していてもよい。線１２３３、１２３５は、図１４に示すように、歯１２１２、１２１４の長手軸であってもよく、また、歯１２１２、１２１４の先端１２３４を通って延びてもよい。線１２２０と線１２３０との比較は、線１２３０が、線１２２０よりも、歯１２１２、１２１４に関して対称的な形状をもたらすことを示す。更に、線１２２０は、低減或いは排除されなければ横位置１２２２に位置付けられていたであろう（線１２３０で示される）切り欠き１２３２を低減させ或いは排除している。また、線１２２０は、線１２３０によってもたらされる歯の先端１２３４に比べ、歯の先端１２２４が方向１２５０に沿って延びる大きさの低減をもたらし得る。

本書で説明された典型的な実施例及び方法は、遠隔操作手術システムための手術器具又は他の器具で用いられるものとして説明された。しかしながら、本書で説明された典型的な実施例及び方法は、関節運動を用いる腹腔鏡器具及び他の手持ち式器具のような他のタイプの装置で用いられてもよい。

本書の開示内容を考慮することで更なる変形例及び代替の実施例が当業者にとって明白となるであろう。例えば、それらのシステム及び方法は、動作を明確にするために図及び説明文から省略された追加的な構成要素又はステップを含んでいてもよい。したがって、ここでの記載は、単なる説明的なものとして解釈されるべきであり、本教示を実行する際の一般的な方法を当業者に教示することを目的とするものである。本書で示され且つ説明された種々の実施例は、例示的なものとして解釈されるべきであることが理解されるべきである。要素及び物質、並びに、それらの要素及び物質の配置は、本書で図示され且つ説明されたものの代わりのものが用いられてもよく、部品及び処理は反転されてもよく、また、本教示のある特徴は独立して用いられてもよく、全てが本書の説明の助けを借りた後で当業者にとって明白となるであろう。本教示及び請求項の精神及び範囲から逸脱することなく、本書で説明された要素に変更が加えられてもよい。

本書で説明された特定の例及び実施例は非限定的であり、本教示の範囲から逸脱することなく、構造、寸法、材料、及び方法に対する改良が行われてもよいことは理解されるべきである。

本開示にしたがった他の実施例は、明細書の検討及び本書で開示された発明の実施から当業者にとって明白となるであろう。明細書及び例は単なる説明として検討され、真の範囲及び精神が請求項によって示されることが意図されている。

Claims (17)

1. リストジョイントであって：
   第１ディスク、前記第１ディスクに隣接する第２ディスク、及び前記第１ディスク及び前記第２ディスクを通って延びる駆動テンドン；を有し、
   前記第１ディスクは、第１のジョイント特徴の対と、第１の荷重負担面の対とを有し、
   前記第１のジョイント特徴の対は、互いに正反対に位置決めされ、
   前記第１の荷重負担面の対は、互いに正反対に位置決めされ、
   前記第１の荷重負担面の対は、前記第１のジョイント特徴の対から半径方向にオフセットされ、
   前記第２ディスクは、第２のジョイント特徴の対と、第２の荷重負担面の対とを有し、
   前記第２のジョイント特徴の対は、互いに正反対に位置決めされ、
   前記第２の荷重負担面の対は、互いに正反対に位置決めされ、
   前記第２の荷重負担面の対は、前記第２のジョイント特徴の対から半径方向にオフセットされ、
   前記第１のジョイント特徴の対及び前記第２のジョイント特徴の対は、対向し且つ互いにかみ合い、
   前記第１のジョイント特徴の対のうちのジョイント特徴は、中央凹部の両側の第１の突出部及び第２の突出部を定める第１の表面形状を有し、
   前記第２のジョイント特徴の対のうちのジョイント特徴は、前記第１の表面形状と異なる第２の表面形状を有し、前記第２の表面形状は、中央突出部、第１の外側突出部、第２の外側突出部、第１の凹部、及び第２の凹部を定め、前記第１の凹部及び前記第２の凹部は、前記中央突出部の両側且つ前記第１の外側突出部と前記第２の外側突出部との間にあり、
   前記駆動テンドンは、前記第１ディスクと前記第２ディスクとの間の相対回転をもたらすために、前記第１ディスク及び前記第２ディスクの少なくとも一方に力を及ぼすように構成されている、
   リストジョイント。
2. 前記第１の表面形状及び前記第２の表面形状の両方は、サイクロイド表面形状を有する、
   請求項１のリストジョイント。
3. 前記第２の表面形状の前記第１の凹部又は前記第２の表面形状の前記第２の凹部は、トロコイド形状を有し且つ前記第１の表面形状の前記第１の突出部及び前記第１の表面形状の前記第２の突出部のうちの１つを受け入れるように構成される、
   請求項１のリストジョイント。
4. 前記第２のジョイント特徴の対の各ジョイント特徴に関して：
   前記中央突出部、前記第１の外側突出部、及び前記第２の外側突出部は、平面内にあり；
   前記中央突出部、前記第１の外側突出部、及び前記第２の外側突出部の各々は、前記平面内にある円弧上に位置付けられる中心を有し；
   前記円弧は、前記第２の荷重負担面の対の対応する荷重負担面の前記平面への投影である、
   請求項１又は２のリストジョイント。
5. 前記第２のジョイント特徴の対の各ジョイント特徴に関して：
   前記中央突出部、前記第１の外側突出部、及び前記第２の外側突出部は、平面内にあり；
   前記中央突出部、前記第１の外側突出部、及び前記第２の外側突出部の各々は、前記平面内にある円弧からオフセットされた中心を有し；
   前記円弧は、前記第２の荷重負担面の対の対応する荷重負担面の前記平面への投影である、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のリストジョイント。
6. 前記第２のジョイント特徴の対の各ジョイント特徴に関して：
   前記中央突出部、前記第１の外側突出部、及び前記第２の外側突出部は、平面内にあり；
   前記中央突出部は、前記平面内にある円弧からオフセットされ；
   前記第１の外側突出部及び前記第２の外側突出部のうちの一方又は両方の中心が、前記円弧上に位置付けられ；
   前記円弧は、前記第２の荷重負担面の対の対応する荷重負担面の前記平面への投影である、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のリストジョイント。
7. 前記第２のジョイント特徴の対の各ジョイント特徴に関して：
   前記中央突出部、前記第１の外側突出部、及び前記第２の外側突出部は、平面内にあり；
   前記中央突出部、前記第１の外側突出部、及び前記第２の外側突出部のうちの少なくとも２つのピンの中心が、前記平面内にある円弧から異なる距離オフセットされ；
   前記円弧は、前記第２の荷重負担面の対の対応する荷重負担面の前記平面への投影である、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のリストジョイント。
8. 前記第２のジョイント特徴の対の各ジョイント特徴に関して：
   前記中央突出部、前記第１の外側突出部、及び前記第２の外側突出部の各々の少なくとも一部は、一定の曲率半径を有する表面形状を有する、
   請求項１乃至７の何れか１項に記載のリストジョイント。
9. 前記第２のジョイント特徴の対の各ジョイント特徴に関して：
   前記中央突出部、前記第１の外側突出部、及び前記第２の外側突出部のうちの１つの前記表面形状は、前記中央突出部、前記第１の外側突出部、及び前記第２の外側突出部のうちのもう１つの表面形状の曲率半径と異なる、
   請求項８に記載のリストジョイント。
10. 前記第１のジョイント特徴の対の各ジョイント特徴に関して：
    前記第１の外側突出部及び前記第２の外側突出部のうちの少なくとも１つは、前記第１ディスクとは別の部品である、
    請求項１乃至９の何れか１項に記載のリストジョイント。
11. 前記第２のジョイント特徴の対の各ジョイント特徴に関して：
    前記中央突出部、前記第１の外側突出部、及び前記第２の外側突出部のうちの少なくとも１つは、前記第２ディスクとは別の部品である、
    請求項１乃至１０の何れか１項に記載のリストジョイント。
12. 前記第１の荷重負担面の対は、前記リストジョイントの長手軸に関して、前記第１のジョイント特徴の対の半径方向内側に位置付けられ、前記第２の荷重負担面の対は、前記リストジョイントの前記長手軸に関して、前記第２のジョイント特徴の対の半径方向内側に位置付けられている、
    請求項１乃至１１の何れか１項に記載のリストジョイント。
13. 前記第１の荷重負担面の対は、前記リストジョイントの長手軸に関して、前記第１のジョイント特徴の対の半径方向外側に位置付けられ、前記第２の荷重負担面の対は、前記リストジョイントの前記長手軸に関して、前記第２のジョイント特徴の対の半径方向外側に位置付けられている、
    請求項１乃至１１の何れか１項に記載のリストジョイント。
14. 前記第１の荷重負担面の対及び前記第２の荷重負担面の対の荷重負担面は、部分円筒形状を有する、
    請求項１乃至１３の何れか１項に記載のリストジョイント。
15. 前記第１の荷重負担面の対及び前記第２の荷重負担面の対の荷重負担面は、サイクロイド形状を有する、
    請求項１乃至１３の何れか１項に記載のリストジョイント。
16. 前記リストジョイントは、約３ｍｍ〜約１３ｍｍの径を有する、
    請求項１乃至１５の何れか１項に記載のリストジョイント。
17. 前記第１ディスク及び前記第２ディスクは、前記第１の荷重負担面の対と前記第２の荷重負担面の対とが互いに対して転がるように、互いに関して±４５度程度よりも大きい最大回転可動域を有する、
    請求項１乃至１６の何れか１項に記載のリストジョイント。

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