JP7308084B2 - 多自由度鉗子 - Google Patents

Description

本発明は、操作部、後端側リンク部、シャフト、先端側リンク部、及び作動部を直列に連結して複数のワイヤで規制され、シャフトに対して後端側リンク部を介して操作部を回動させることにより、シャフトに対して先端側リンク部を介して作動部が回動して首振り動作を行う多自由度鉗子に関する。

多自由度鉗子は、患者の肉体的負担が少ない低侵襲手術の１つである鏡視下手術で使用される専用の医療用器具である。多自由度鉗子では、外科手術を実行する作動部が先端側リンク部を介してシャフトの一端に連結され、作動部を遠隔操作する操作部が後端側リンク部を介してシャフトの他端に連結されている。操作者は、患者の体内に挿入された高精細カメラが撮影したビデオ画像の観察下、患者の体外で操作部を操作して、患者の体内に挿入された作動部を遠隔操作することにより、体内組織を挟む、切る、移動させる、加熱する、照明及び撮影する等、多自由度鉗子の用途に応じた動作を実行させる。

特許文献１に記載された多自由度鉗子は、操作部、後端側リンク部、シャフト、先端側リンク部、及び作動部を直列に連結して複数のワイヤで規制し、シャフトに対して後端側リンク部を介して操作部を回動させることにより、シャフトに対して先端側リンク部を介して作動部が回動して首振り動作を行う。

特許文献２に記載された関節機構は、後端側リンク部、シャフト、及び先端側リンク部を直列に連結して複数のワイヤで規制し、シャフトに対して後端側リンク部を円弧状に湾曲させることにより、シャフトに対して先端側リンク部が円弧状に湾曲するものである。

米国特許第８１０５３５０号公報 特表２００７－５０２１９８号公報

特許文献１に記載された多自由度鉗子は、シャフトに対する後端側リンク部を介した操作部の回動の多自由度に起因して操作部の誤操作が発生する可能性がある。例えば、１人の患者に対して複数の多自由度鉗子を同時に用いる外科手術において、複数の多自由度鉗子の複数の操作部が近接した位置に設置されている場合がある。このような場合、操作者が１個の操作部を回動させた際に、その操作部や手指が別の多自由度鉗子の操作部に誤って接触してしまい、別の多自由度鉗子の作動部が患者の体内で意図しない動作をする可能性がある。

特許文献２に記載された関節機構は、先端側リンク部と後端側リンク部とが同一のリンク部材を用いて構成されているため、操作部の回動範囲を十分に規制することができない。したがって、特許文献２の関節機構に操作部と作動部を連結して特許文献１のような多自由度鉗子を構成した場合、操作者が操作部を回動させた際に、その操作部や手指が近接した別の多自由度鉗子の操作部に誤って接触する可能性がある。

また、特許文献１に記載された多自由度鉗子では、後端側リンク部の直径を先端側リンク部の直径よりも大きくすることで、シャフトに対して作動部を所定角度回動させる際にシャフトに対して操作部を回動させる角度を抑制している。しかし、後端側リンク部の直径を大きくすると、他の多自由度鉗子の設置を妨げたり、後端側リンク部が隣接する別の多自由度鉗子の操作部に誤って接触したりする可能性が出てくる。

本発明は、後端側リンク部の直径を大きくしなくても、シャフトに対する後端側リンク部材を介した操作部の回動領域を規制して、複数の多自由度鉗子を使用する外科手術において操作部の誤操作が発生し難くなる多自由度鉗子を提供することを目的としている。

本発明は、上記の課題を解決する発明であって下記の通りである。
［１］先端側が患者の体内に挿入されるシャフトと、前記シャフトの先端側に連結され、複数のワイヤ経路が放射状に配置された先端側リンク部材をボールジョイント又はローラジョイントで直列に連結してなる先端側リンク部と、前記シャフトの後端側に連結され、複数のワイヤ経路が放射状に配置された後端側リンク部材をボールジョイント又はローラジョイントで直列に連結してなる後端側リンク部と、前記先端側リンク部材のワイヤ経路と前記シャフトと前記後端側リンク部材のワイヤ経路とを貫通して、前記先端側リンク部の先端側と前記後端側リンク部の後端側とに両端を固定した複数のワイヤと、前記先端側リンク部を介して前記シャフトに連結され、患者の体内で所定の機能を実行する作動部と、前記後端側リンク部を介して前記シャフトに連結され、患者の体外で操作されて前記作動部を遠隔操作する操作部と、を有し、連結されて対向する前記先端側リンク部材の対向面に形成された、中心から外周に向かって後退する傾斜面の後退角度は、連結されて対向する前記後端側リンク部材の対向面に形成された、中心から外周に向かって後退する傾斜面の後退角度よりも小さい、多自由度鉗子である。

［２］前記先端側リンク部において前記先端側リンク部材が直列に連結された個数が、前記後端側リンク部において前記後端側リンク部材が直列に連結された個数よりも多い、［１］に記載の多自由度鉗子である。

［３］前記シャフトの中心軸線を挟む一対のワイヤを前記シャフトに対してロックして前記シャフトに対する前記操作部の二軸回動を一軸回動に切替え可能であると共に、当該一対のワイヤの間に位置する別の一対のワイヤをさらに前記シャフトに対してロックして、前記シャフトに対する前記操作部の回動を固定可能である自由度切替装置を有する、［１］に記載の多自由度鉗子である。

［４］前記自由度切替装置は、前記シャフトに固定された前記後端側リンク部材に設けられ、当該後端側リンク部材のワイヤ経路にワイヤをロックする、［３］に記載の多自由度鉗子である。

［５］前記自由度切替装置は、前記シャフトに固定された前記後端側リンク部材のワイヤ経路のワイヤを外側から押圧して当該ワイヤ経路に圧接させる押圧部と、当該押圧部が当該ワイヤ経路のワイヤを押圧した状態を保持する保持機構と、を有する、［３］に記載の多自由度鉗子である。

［６］前記保持機構は、前記シャフトに固定された前記後端側リンク部材に外挿され、複数のワイヤ経路のワイヤを１回の手動操作でロックして前記操作部の二軸回動と一軸回動と回動の固定とを切替え可能な外挿部材を有する、［５］に記載の多自由度鉗子である。

［７］先端側が患者の体内に挿入されるシャフトと、前記シャフトの先端側に連結され、複数のワイヤ経路が放射状に配置された先端側リンク部材をボールジョイント又はローラジョイントで直列に連結してなる先端側リンク部と、前記シャフトの後端側に連結され、複数のワイヤ経路が放射状に配置された後端側リンク部材をボールジョイント又はローラジョイントで直列に連結してなる後端側リンク部と、前記先端側リンク部材のワイヤ経路と前記シャフトと前記後端側リンク部材のワイヤ経路とを貫通して、前記先端側リンク部の先端側と前記後端側リンク部の後端側とに両端を固定した複数のワイヤと、前記先端側リンク部を介して前記シャフトに連結され、患者の体内で所定の機能を実行する作動部と、前記後端側リンク部を介して前記シャフトに連結され、患者の体外で操作されて前記作動部を遠隔操作する操作部と、を有し、前記シャフトの中心軸線を挟む一対のワイヤを前記シャフトに対してロックして前記シャフトに対する前記操作部の二軸回動を一軸回動に切替え可能であると共に、当該一対のワイヤの間に位置する別の一対のワイヤをさらに前記シャフトに対してロックして、前記シャフトに対する前記操作部の回動を固定可能である自由度切替装置を有する、多自由度鉗子である。

［８］前記自由度切替装置は、前記シャフトに固定された前記後端側リンク部材に設けられ、当該後端側リンク部材のワイヤ経路にワイヤをロックする、［７］に記載の多自由度鉗子である。

［９］前記自由度切替装置は、前記シャフトに固定された前記後端側リンク部材のワイヤ経路のワイヤを外側から押圧して当該ワイヤ経路に圧接させる押圧部と、当該押圧部が当該ワイヤ経路のワイヤを押圧した状態を保持する保持機構と、を有する、［７］に記載の多自由度鉗子である。

［１０］前記保持機構は、前記シャフトに固定された前記後端側リンク部材に外挿され、複数のワイヤ経路のワイヤを１回の手動操作でロックして前記操作部の二軸回動と一軸回動と回動の固定とを切替え可能な外挿部材を有する、［９］に記載の多自由度鉗子である。

本発明の多自由度鉗子によれば、後端側リンク部材の直径を大きくしなくても、シャフトに対する後端側リンク部材を介した操作部の回動領域を規制して、複数の多自由度鉗子を操作する際に操作部の誤操作が発生し難くなる。

具体的には、［１］の多自由度鉗子では、ボールジョイント又はローラジョイントで連結された先端側リンク部材の対向する傾斜面の後退角度をボールジョイント又はローラジョイントで連結された後端側リンク部材の対向する傾斜面の後退角度よりも小さくする。これにより、先端側リンク部を所定角度回動させる際に必要な後端側リンク部の回動角度が小さくなって、作動部を所定角度回動させるために必要な操作部の回動角度が小さくなる。したがって、操作部の回動範囲を抑制して、他の多自由度鉗子の操作部に接触することを回避できる。

［２］の多自由度鉗子では、ボールジョイント又はローラジョイントで連結された後端側リンク部材の対向する傾斜面の間隔を有効に活用できる。［１］では後端側リンク部材の対向する傾斜面の間隔は、先端側リンク部材の対向する傾斜面の間隔よりも、大きくなってリンク部材間のより大きな回動を許容できる。このため、後端側リンク部材の連結個数を減らしても、先端側リンク部全体の回動の妨げとなり難い。後端側リンク部材を減らすことで、後端側リンク部全体の剛性が高まる。また、後端側リンク部材の１個当たりの回動量が大きくなって、作動部を所定角度回動させるために必要な操作部の回動角度をさらに小さくすることができる。

［３］の多自由度鉗子では、自由度切替装置を操作して、操作部の後端側リンク部材を介した二軸回動を、必要に応じて一軸回動に切り替えることにより、操作部の回動範囲を規制して近接する別の多自由度鉗子の操作部への干渉を抑制できる。また、必要に応じて自由度切替装置を操作して、操作部の後端側リンク部材を介した一軸回動を回動の固定に切り替えることにより、操作部の回動範囲をさらに規制して別の多自由度鉗子の操作部への干渉をさらに抑制できる。

［４］の多自由度鉗子では、複数の後端側リンク部材のうちで先端側に位置する後端側リンク部材がシャフトに固定され、当該後端側リンク部材に自由度切替装置を設けている。このため、シャフトそのものには自由度切替装置を設ける必要がなく、複雑な構造の自由度切替装置でも容易にシャフトに取り付けることができる。

［５］の多自由度鉗子では、押圧部を外側から押圧してワイヤ経路にワイヤをロックした状態を保持部が保持するという具体的で簡単な機構構造によって自由度切替装置を実現できる。

［６］の多自由度鉗子では、外挿部材を操作して、操作部の二軸回動と一軸回動と回動の固定とを容易かつ間違えることなく切替え可能である。

［７］の多自由度鉗子では、自由度切替装置を操作して、操作部の後端側リンク部材を介した二軸回動を、必要に応じて一軸回動に切り替えることにより、操作部の回動範囲を規制して近接する別の多自由度鉗子の操作部への干渉を抑制できる。また、必要に応じて自由度切替装置を操作して、操作部の後端側リンク部材を介した一軸回動を回動の固定に切り替えることにより、操作部の回動範囲をさらに規制して別の多自由度鉗子の操作部への干渉をさらに抑制できる。

［８］の多自由度鉗子では、複数の後端側リンク部材のうちで先端側に位置する後端側リンク部材がシャフトに固定され、当該後端側リンク部材に自由度切替装置を設けている。このため、シャフトそのものには自由度切替装置を設ける必要がなく、複雑な構造の自由度切替装置でも容易にシャフトに取り付けることができる。

［９］の多自由度鉗子では、押圧部を外側から押圧してワイヤ経路にワイヤをロックした状態を保持部が保持するという具体的で簡単な機構構造によって自由度切替装置を実現できる。

［１０］の多自由度鉗子では、外挿部材を操作して、操作部の二軸回動と一軸回動と回動の固定とを容易かつ間違えることなく切替え可能である。

本発明の実施の形態の一例に係る実施の形態１の多自由度鉗子の全体の外観構造を示す斜視図である。 実施の形態１の多自由度鉗子に組み込まれた開閉機構を模式的に図示した開閉機構の説明図である。 実施の形態１の多自由度鉗子に組み込まれた首振り機構における操作部の操作と作動部の動作の説明図である。（ａ）は作動部を直線状に位置決めた状態、（ｂ）は作動部を９０度曲げた状態である。 多自由度鉗子の分解斜視図である。（ａ）は多自由度鉗子全体、（ｂ）は多自由度鉗子のシャフトよりも先端側の部分、（ｃ）はシャフトよりも後端側の部分である。 多自由度鉗子の先端側リンク部を拡大して図示した首振り機構の構成の説明図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は側断面図である。 先端側リンク部材の構成の説明図である。（ａ）は先端側から見た斜視図、（ｂ）は後端側から見た斜視図、（ｃ）は側断面図で見た後退角度の説明図である。 多自由度鉗子の後端側リンク部を拡大して図示した首振り機構の構成の説明図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は側断面図である。 後端側リンク部材の構成の説明図である。（ａ）は先端側から見た斜視図、（ｂ）は後端側から見た斜視図、（ｃ）は側断面図で見た後退角度の説明図である。 先端側リンク部材及び後端側リンク部材の傾斜面の後退角度と後端側リンク部材の傾き角度の関係の説明図である。（ａ）は先端側リンク部の模式図、（ｂ）は後端側リンク部の模式図、（ｃ）は後端側リンク部材の傾き角度の模式図である。 先端側リンク部材及び後端側リンク部材の傾斜面の後退角度と後端側リンク部材の傾き角度の関係を示す数式の説明図である。（ａ）は一般的なリンク部の模式図、（ｂ）は数式で用いるパラメータの曲線である。 後端側リンク部材の後退角度を先端側リンク部材の後退角度よりも大きくした効果の説明図である。 実施の形態１の多自由度鉗子における自由度切替装置のシャフトに固定された後端側リンク部材であるシャフト固定部の軸垂直断面で見たスイッチ部材の配置の説明図である。 実施の形態１の多自由度鉗子における自由度切替装置の構成の説明図である。（ａ）はスイッチ部材を背面側から見た斜視図、（ｂ）はスイッチ部材を中心軸線側から見た斜視図、（ｃ）は自由度切替装置に対するスイッチ部材の取付方法の説明図である。 実施の形態１の多自由度鉗子における自由度切替装置の動作の説明図である。（ａ）はスイッチ部材がワイヤをロックしていない状態の側断面図、（ｂ）はスイッチ部材がワイヤをロックしている状態の側断面図である。 ローラジョイントを用いて先端側リンク部材を連結した先端側リンク部の構成の説明図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は側断面図である。 先端側リンク部材の構成の説明図である。（ａ）は先端側から見た斜視図、（ｂ）は後端側から見た斜視図、（ｃ）は側断面図、（ｄ）は側面図で見た後退角度の説明図である。 実施の形態２の多自由度鉗子における自由度切替装置の構成の説明図である。（ａ）は後端側リンク部の側面図、（ｂ）はシャフトに固定される後端側リンク部材に装備された自由度切替装置の側断面図である。 実施の形態２の多自由度鉗子における自由度切替装置の構成の説明図である。（ａ）は自由度切替装置の正面図、（ｂ）は自由度切替装置の軸垂直断面図である。 実施の形態２の多自由度鉗子における自由度切替装置の動作の説明図である。（ａ）は二軸回動、（ｂ）は一軸回動、（ｃ）は回動の固定である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の多自由度鉗子の実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、鏡視下手術に使用される多自由度鉗子１は、シャフト４の先端側に患者の体内へ挿入される作動部（エンドエフェクタ）２が設けられ、シャフト４の後端側に操作者が手動操作する操作部６が設けられている。鏡視下手術では、操作者（術者）は、高解像度カメラを搭載した内視鏡カメラと複数の多自由度鉗子を患者の体内に挿入し、撮影した体内画像を手術室内のモニタ画面に表示させつつ、複数の多自由度鉗子１を患者の体外から遠隔操作して作動部２による外科手術を実行する。

操作者は、多自由度鉗子１の作動部２を患者の体内に挿入して作動部２を手術位置へ届かせた状態で、患者の体外で操作部６を手動操作して作動部２を自在に作動させる。操作部６には、操作者が親指と人差し指を挿入して操作する指掛け６ｂ、６ｃが設けられている。作動部２には、患者の体内で開閉及び首振り回動して手術を行う第１鉗子片２ｂ及び第２鉗子片２ｃが設けられている。

図２は図１に記載された多自由度鉗子１の操作／作動に係る構成を抽象化して取り出し、模式的に図示している。

図２に示すように、多自由度鉗子１の開閉機構７は、作動部２と操作部６との間に架け渡したワイヤーケーブル７ｅ、７ｆを用いて、作動部２の第１及び第２鉗子片２ｂ、２ｃの相対的な回動と操作部６の指掛け６ｂ、６ｃの相対的な回動とを連動させている。開閉機構７は、指掛け６ｂ、６ｃに手指を挿入して開閉操作することにより、第１鉗子片２ｂと第２鉗子片２ｃの開閉動作を行う。操作者が指掛け６ｂ、６ｃを開くように操作すると、開閉機構７を介して第１及び第２鉗子片２ｂ、２ｃが開くように動作する。そして、操作者が指掛け６ｂ、６ｃを閉じるように操作すると、開閉機構７を介して第１及び第２鉗子片２ｂ、２ｃが閉じるように動作する。

作動部２の回転軸２ａには先端側プーリ７ａ、７ｂが回転自在に支持される。先端側プーリ７ａには第１鉗子片２ｂが固定され、先端側プーリ７ｂには第２鉗子片２ｃが固定されている。また、操作部６の回転軸６ａには後端側プーリ７ｃ、７ｄが回転自在に支持される。後端側プーリ７ｃには指掛け６ｂが固定され、後端側プーリ７ｄには指掛け６ｃが固定されている。

先端側プーリ７ａと後端側プーリ７ｃとの間にはワイヤーケーブル７ｅが張架されている。ワイヤーケーブル７ｅを介して先端側プーリ７ａと後端側プーリ７ｃは連動して、同一方向に回転する。また、先端側プーリ７ｂと後端側プーリ７ｄとの間にはワイヤーケーブル７ｆが張架されている。ワイヤーケーブル７ｆを介して先端側プーリ７ｂと後端側プーリ７ｄは連動して、同一方向に回転する。ワイヤーケーブル７ｅ、７ｆは、図１に示す先端側リンク部３、シャフト４、及び後端側リンク部５の中心軸線を貫通する空間に収容されている。

なお、本発明は、開閉機構に関するものではないため、開閉機構及び多自由度鉗子の作動部（エンドエフェクタ）は任意に選択して変更可能である。また、開閉機構は、ワイヤーケーブルを使用するものである必要は無く、例えば、特許文献１に示されるように可撓性のロッドを用いたものを採用してもよい。また、本発明は、作動部に関するものでもないため、作動部は、機械的な動作を行うものである必要はなく、例えば特許文献２に示されるように、照明装置や撮像装置であってもよい。

本発明は、首振り機構８に関するものであるため、図面の複雑化を回避するために、図３以下では、開閉機構７、作動部２、操作部６に関する図示を意図的に簡略化もしくは省略している。そして、以下の説明では、開閉機構７、作動部２、操作部６に関する構造及び動作の説明を省略している。

（首振り機構）
多自由度鉗子１は、先端側リンク部３、シャフト４、及び後端側リンク部５を介して、作動部２と操作部６の傾き姿勢を連動させる首振り機構８を有する。首振り機構８は、シャフト４の先端側に可撓性のある先端側リンク部３を介して作動部２を連結し、シャフト４の後端側に可撓性のある後端側リンク部５を介して操作部６を連結している。首振り機構８は、先端側リンク部３、シャフト４、及び後端側リンク部５を貫通させたワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの両端がそれぞれ先端側リンク部３の先端側と後端側リンク部５の後端側とに固定されている。首振り機構８は、ワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを用いて、先端側リンク部３の湾曲状態と後端側リンク部５の湾曲状態とを連動させる。これにより、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、手動操作された操作部６の傾きに応じて、作動部２の第１及び第２鉗子片２ｂ、２ｃを一体に首振り回動させる。

図３（ａ）に示すように、操作部６が斜め下向きに回動した状態では、先端側リンク部３及び後端側リンク部５はいずれも直線状である。図３（ｂ）に示すように、（ａ）から操作部６をほぼ水平まで回動した状態では、先端側リンク部３は９０度湾曲して作動部２が９０度下向きに回動している。しかし、後端側リンク部５の湾曲はほぼ４５度に抑制され、操作部６の回動角度は作動部２の回動の半分程度に抑制されている。このため、後述するように、作動部２を所定角度回動させるために必要な操作部６の回動角度を小さくして、同時に用いられる他の多自由度鉗子の操作部に手指や操作部６が接触することを回避できる。

図４～図８に示すように、シャフト４は、先端側が患者の体内に挿入される。先端側リンク部３は、シャフト４の先端側に連結され、複数のワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが放射状に配置された複数の先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃをボールジョイントＢで直列に連結してなる。後端側リンク部５は、シャフト４の後端側に連結され、複数のワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが放射状に配置された複数の後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃをボールジョイントＢで直列に連結してなる。複数のワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃのワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとシャフト４と後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃのワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとを貫通して、先端側リンク部３の先端側と後端側リンク部５の後端側とに両端を固定されている。作動部２は、先端側リンク部３を介してシャフト４に連結され、患者の体内で所定の機能を実行する。操作部６は、後端側リンク部５を介してシャフト４に連結され、患者の体外で操作されて作動部２を遠隔操作する。そして、連結されて対向する先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃの対向面に形成されたところの中心から外周に向かって後退する傾斜面３ｍ、３ｎの後退角度αは、連結されて対向する後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃの対向面に形成されたところの中心から外周に向かって後退する傾斜面５ｍ、５ｎの後退角度βよりも小さい。

図４（ａ）に示すように、多自由度鉗子１は、作動部２、先端側リンク部３、シャフト４、後端側リンク部５、及び操作部６を４本のワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄで連結して、シャフト４に対する操作部６の回動と、シャフト４に対する作動部２の回動とを連動させている。

シャフト４は、ステンレスパイプ材料で形成されている。図４（ｂ）に示すように、シャフト４の先端側端部には、シャフト固定部材としての先端側リンク部材３ｃが固定され、図４（ｃ）に示すように、シャフト４の後端側端部には、シャフト固定部材としての後端側リンク部材５ｃが固定されている。多自由度鉗子１は、シャフト固定部材を介してシャフト４の両端に先端側リンク部３と後端側リンク部５を連結するので、円管材料を使用して安価にシャフトを製造できる。両端のシャフト固定部材にワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを設けることで、円管材料のシャフトにはワイヤ経路となる構造を設ける必要がなくなるからである。

図４（ｂ）に示すように、作動部２は、本体２ｈの軸受孔２ｆ、２ｇに回転軸２ａを圧入している。作動部２に固定された回転軸２ａは、第１鉗子片２ｂの軸受孔２ｄ及び第２鉗子片２ｃの軸受孔２ｅに挿入されて第１鉗子片２ｂ及び第２鉗子片２ｃを回転自在に支持している。図４（ｃ）に示すように、操作部６の本体６ｈに回転軸６ａが固定されている。本体６ｈに固定された回転軸６ａは、指掛け６ｂの軸受孔６ｄ及び指掛け６ｃの軸受孔６ｅに挿入されて、指掛け６ｂ、６ｃを回転自在に支持している。

図４、図５、（図１２：参考）に示すように、先端側リンク部３は、作動部２に固定された作動部固定部材としての先端側リンク部材３ａ、中継回動部材としての先端側リンク部材３ｂ、３ｂ、及びシャフト４に固定されたシャフト固定部材としての先端側リンク部材３ｃを、ボールジョイントＢで直列に連結している。

先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃには、軸垂直断面において放射状に配置されたワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに対応させて、それぞれ軸垂直断面において放射状に配置されたワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが形成されている。先端側リンク部３において、先端側リンク部材３ａ、２個の先端側リンク部材３ｂ、３ｂ、及び先端側リンク部材３ｃは、相互間のボールジョイントＢと共通の４本のワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄとを用いて直列に連結されている。ボールジョイントＢは、回転中心３ｋを有する球状の凸部３ｉを、回転中心３ｋを有する球面状の凹部３ｊに保持させて、回動自在な関節構造を形成している。

図５（ｂ）に示すように、４本のワイヤ８ａ、８ｂ、（８ｃ、８ｄ：図示略）の先端側の終端は、先端側リンク部３の先端側に位置する先端側リンク部材３ａに固定している。ワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの終端は、先端側リンク部材３ａのワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの出口で抜け止め処理することにより、先端側リンク部材３ａに固定されている。なお、抜け止め処理の方法は、かしめ、溶接、蝋付け、金属リング装着等、任意に選択可能である。

先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃは、それぞれボールジョイントＢの回転中心３ｋから外周に向かって後退する傾斜面３ｍ、３ｎを対向させて、回転中心３ｋの周りで回動可能となるように直列に連結されている。図６（ａ）に示すように、先端側リンク部材３ｂの先端側には球状の凸部３ｉと円錐面状の傾斜面３ｍが形成されている。図６（ｂ）に示すように、先端側リンク部材３ｂの後端側には球面状の凹部３ｊと円錐面状の傾斜面３ｎが形成されている。先端側リンク部材３ｂの中心を軸線方向に貫通させて、上述した開閉機構（７）を配置するための貫通孔３ｈが形成されている。

図４、図７、図１２に示すように、後端側リンク部５は、操作部６に固定された操作部固定部材としての後端側リンク部材５ａ、中継回動部材としての後端側リンク部材５ｂ、及びシャフト４に固定されたシャフト固定部材としての後端側リンク部材５ｃを、ボールジョイントＢで直列に連結している。

後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃには、軸垂直断面において放射状に配置されたワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに対応させて、それぞれ軸垂直断面において放射状に配置されたワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが形成されている。後端側リンク部５において、後端側リンク部材５ａ、１個の後端側リンク部材５ｂ、及び後端側リンク部材５ｃは、相互間のボールジョイントＢと４本のワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄとを用いて直列に連結されている。ボールジョイントＢは、回転中心５ｋを有する球状の凸部５ｉを、回転中心５ｋを有する球面状の凹部５ｊに保持させて、回動自在な関節構造を形成している。

図７（ｂ）に示すように、４本のワイヤ８ａ、８ｂ、（８ｃ、８ｄ：図示略）の後端側の終端は、後端側リンク部５の後端側に位置する後端側リンク部材５ａに固定している。ワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの終端は、後端側リンク部材５ａのワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの出口で抜け止め処理することにより、後端側リンク部材５ａに固定されている。なお、抜け止め処理の方法は、かしめ、溶接、蝋付け、金属リング装着等、任意に選択可能である。

後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃは、それぞれボールジョイントＢの回転中心５ｋから外周に向かって後退する傾斜面５ｍ、５ｎを対向させて、回転中心５ｋの周りで回動可能となるように直列に連結されている。図８（ａ）に示すように、後端側リンク部材５ｂの先端側には球状の凸部５ｉと円錐面状の傾斜面５ｍが形成されている。図８（ｂ）に示すように、後端側リンク部材５ｂの後端側には球面状の凹部５ｊと円錐面状の傾斜面５ｎが形成されている。後端側リンク部材５ｂの中心を軸線方向に貫通させて、上述した開閉機構７（図２参照）を配置するための貫通孔５ｈが形成されている。

図４～図８、図１２に示すように、先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃ及び後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃには、軸垂直断面の９０度ごとの位置を貫通する４本のワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが位置を揃えて設けられている。ワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃのそれぞれのワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、シャフト４と、後端側リンク部材５ｂのワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとを貫通している。ワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、ステンレスの素線を撚り合わせて製造され、先端側リンク部３及び後端側リンク部５における湾曲に対して容易に屈曲して抵抗少なく追従し、操作部６で実行された首振り移動の操作内容を作動部２へ応答性高く伝達する。ワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、シャフト４を長手方向に貫通して、操作部６と作動部２との間に張架され、先端側リンク部３と後端側リンク部５の湾曲を連動させることにより、シャフト４に対する操作部６の傾きに応じてシャフト４に対する作動部２を傾けるように作動部２を遠隔操作する。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、操作部６においてシャフト４に対して指掛け６ｂ、６ｃを一体に回動させると、作動部２において、シャフト４に対して第１鉗子片２ｂ及び第２鉗子片２ｃが一体に首振り回動する。

（傾斜面の後退角度）
図６（ｃ）及び図８（ｃ）に示すように、先端側リンク部材３ｂの回転中心３ｋから外周に向かって後退する傾斜面３ｍ、３ｎの後退角度αは、後端側リンク部材５ｂの回転中心５ｋから外周に向かって後退する傾斜面５ｍ、５ｎの後退角度βよりも小さい。これにより、先端側リンク部材３ｂを所定角度回動させる際の後端側リンク部材５ｂの回動角度が小さくなって、作動部２を所定角度回動させる操作に必要な操作部６の回動角度を小さくすることができる。したがって、操作部６の操作に必要な回動角度を小さくして、操作部６や手指が誤って他の多自由度鉗子の操作部に干渉することを回避できる。

図９（ａ）に示すように、先端側リンク部３は、先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃをボールジョイントＢ及びワイヤ８ａ、８ｂで直列に連結している。図９（ｂ）に示すように、後端側リンク部５は、後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃをボールジョイントＢ及びワイヤ８ａ、８ｂで直列に連結している。そして、後端側リンク部材５ｂの傾斜面４ｍ、４ｎの後退角度βは、先端側リンク部材３ｂの傾斜面４ｍ、４ｎの後退角度αよりも大きい。後端側リンク部材５ｂと先端側リンク部材３ｂは、これ以外の条件を等しく設計されている。そして、ワイヤ８ａ、８ｂの長さは等しく一定であるから、後端側リンク部５をシャフト４に対して回動させてシャフト４に対して作動部２を回動させるとき、後端側リンク部５に位置するワイヤ８ａ、８ｂの長さの差は、先端側リンク部３に位置するワイヤ８ａ、８ｂの長さの差と等しくなる。

図９（ｃ）に示すように、等しい長さの差を持たせたワイヤ８ａ、８ｂを用いて先端側リンク部材３ａ、３ｂと後端側リンク部材５ａ、５ｂを作図して重ね合わせると、後端側リンク部材５ｂの傾きは先端側リンク部材３ｂの傾きよりも小さくなって、角度差δが発生している。

これは、後退角度βを大きくしたことで、傾斜面５ｍ、５ｎ間の隙間が大きくなって、ワイヤ経路４ａ’、４ａ’を結ぶ経路がワイヤ経路４ａ、４ａで折れ曲がる経路よりもショートカットになるためと考えられる。

図１０を参照してより詳しく説明する。複数のリンク部材が連結されて一般的なリンク部Ｌを形成し、その中のリンク部材ａ、ｂがボールジョイントｅで連結され、ワイヤｄにより接続されているとする。このとき、リンク部材ａ、ｂ間の角度を２θとし、リンク部の中心軸からワイヤｃの中心までの半径をｒとする。

このとき、リンク部材ａ、ｂ間のワイヤ長さＦは、次式となる。
Ｆ＝ｒ×２ｔａｎθ
リンク部Ｌを９０度湾曲させた場合に狭くなるリンク部材の間隔の数ｎは次式となる。
ｎ＝（π／２）／２θ＝π／４θ
したがって、リンク部Ｌを９０度湾曲させた場合にリンク部Ｌ全体でワイヤ長さを短くする合計長さＧは次式となる。
Ｇ＝（ｒ×２ｔａｎθ）×（π／４θ）＝（πｒ／２）×（ｔａｎθ／θ）・・（１）
ここで、（１）式中の変数（ｔａｎθ／θ）は、図１０（ｂ）に示すように、θが大きいほど大きな数値となる。したがって、図１０（ａ）に示すリンク部材ａ、ｂ間の角度２θが大きいほど、リンク部を９０度湾曲させるために必要なリンク部全体でワイヤ長さを短くする合計長さＧは大きくなる。言い換えれば、図６に示す小さい後退角度αの先端側リンク部材３ｂで連結された作動部２を９０度回動させた場合のワイヤ長さを短くする合計長さＧでは、図８に示す大きな後退角度βの後端側リンク部材５ｂで連結された操作部６の回動角度は９０度よりも小さくなる。

図１１に示すように、実施の形態１の多自由度鉗子において、先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃの後退角度αを１５度、後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃの後退角度βを２２．５度と設定して、ＣＡＤソフトを用いてシミュレーションしてみた。このとき、操作部６を位置Ｐ０から位置Ｐ１へ約４５度回動させることによって、作動部２を９０度回動させることができた。

一方、先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃと同じものを後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃでも使用して同様にシミュレーションしてみた。このとき、操作部６を位置Ｐ０から位置Ｐ２へ約９０度回動させることによって、作動部２を９０度回動させることができた。

図５（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、実施の形態１の多自由度鉗子１は、先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃが直列に連結された個数「４」が、後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃが直列に連結された個数「３」よりも多い。このため、多自由度鉗子１では、ボールジョイントＢで連結された後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃの対向する傾斜面５ｍ、５ｎの間隔を有効に活用できる。後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃの対向する傾斜面５ｍ、５ｎの間隔は、先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃの対向する傾斜面３ｍ、３ｎの間隔よりも、大きくなってリンク部材ａ、ｂ間のより大きな回動を許容できる。このため、後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃの連結個数を減らしても、先端側リンク部３全体の回動の妨げとなり難い。後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃの連結個数を減らすことで、直列に連結された複数のボールジョイントＢに起因する後端側リンク部５の座屈変形が少なくなって全体の剛性が増し、先端側リンク部３の動作も安定する。後端側リンク部全体の剛性が高まる。また、図９（ｃ）に示すように、後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃの１個当たりの回動量が大きくなって、作動部２を所定角度回動させるために必要な操作部６の回動角度をさらに小さくすることができる。

（自由度切替装置）
図４、図７に示すように、実施の形態１の多自由度鉗子１は、後端側リンク部５を介した操作部６の回動領域を規制するために、上記の構成に加えて、自由度切替装置１０を有する。自由度切替装置１０は、シャフト４の中心軸線を挟む一対のワイヤ８ｃ、８ｄをシャフト４に対してロックしてシャフト４に対する操作部６の二軸回動を一軸回動に切替え可能であると共に、一対のワイヤ８ｃ、８ｄの間に位置する別の一対のワイヤ８ａ、８ｂをさらにシャフト４に対してロックして、シャフト４に対する操作部６の回動を固定可能である。

図１２は図１４のＢ－Ｂ断面の位置で先端側から見た多自由度鉗子１の軸垂直断面である。図１３、図１４は図１２のＡ－Ａ断面の位置で側面側から見た多自由度鉗子１の断面の一部である。図１２に示すように、操作部６の二軸回動を一軸回動に切替える場合には、スイッチ部材１３Ｃ、１３Ｄを押圧保持してワイヤ経路４ｃ、４ｄにワイヤ８ｃ、８ｄをロックする。また、操作部６の回動を固定する場合には、スイッチ部材１３Ａ、１３Ｂをさらに押圧保持して、別の一対のワイヤ経路４ａ、４ｂにワイヤ８ａ、８ｂをさらにロックする。

図７（ａ）に示すように、自由度切替装置１０は、シャフト４の後端側に固定された後端側リンク部材５ｃに設けられている。シャフト４は、後端側リンク部材５ｃの先端側に形成された不図示の段差に圧入して、又は接着により後端側リンク部材５ｃに固定されている。

図１２に示すように、後端側リンク部材５ｃは、ワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが形成されたワイヤ経路部材１２の円柱部１２ｄの外側に、環状のスリーブ１１を軸線方向に圧入して構成される。ワイヤ経路部材１２は、軸垂直断面の９０度ごとの位置に外側へ向かって開いたＵ字溝のワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを形成されている。ワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄには、ワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが長手方向へ移動可能に収容されている。ワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに対応させて、後端側リンク部材５ｃにスイッチ部材１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄが取り付けられている。スイッチ部材１３Ｃ、１３Ｄは、ワイヤ８ｃ及びワイヤ８ｄをロックして操作部６のＸ方向の回動を規制することが可能である。スイッチ部材１３Ａ、１３Ｂは、ワイヤ８ａ及びワイヤ８ｂをロックして操作部６のＺ方向の回動をさらに規制することが可能である。

図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、スイッチ部材１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄは、同一に構成され、後端側リンク部材５ｃに対して同様に取り付けられている。スイッチ部材１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄについても、それぞれの位置でスイッチ部材１３Ａと同様に組み立てられており、それぞれ同様に操作してスイッチ部材１３Ａと同様に機能させることができる。スイッチ部材１３Ａは、押圧部１３ｂの下面から突起１３ｈを突出させている。図１４（ｂ）に示すように、押圧部１３ｂは、突起１３ｈがワイヤ８ａをワイヤ経路４ａに押圧して、ワイヤ８ａの長手方向の移動をロックすることが可能である。

図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、スイッチ部材１３Ａは、押圧部１３ｂの両方の側面から回転軸１３ｃを両外側へ突出させている。図１３（ｃ）に示すように、スリーブ１１の貫通孔１１ｄに、ワイヤ経路部材１２の円柱部１２ｄを圧入して、スリーブ１１にワイヤ経路部材１２が固定されている。このとき、スイッチ部材１３Ａの保持溝１１ｂとワイヤ経路部材１２の保持溝１２ｂとが連続して開口を形成して、スイッチ部材１３Ａの押圧部１３ｂの側面を保持する。同時にスイッチ部材１３Ａの回転軸１３ｃがワイヤ経路部材１２の軸受凹所１２ｃとスリーブ１１の端面１１ｃとの間に回転自在に保持される。このようにして、スイッチ部材１３Ａは、保持溝１１ｂ、１２ｂ内で回動可能に保持される。

図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、スイッチ部材１３Ａは、押圧部１３ｂの回転軸１３ｃを設けられた反対側に、押圧部１３ｂと一体に樹脂成型された弾性部１３ｇ、係合部１３ｆ、解除操作部１３ｅを有する。弾性部１３ｇは、樹脂材料の弾性で係合部１３ｆを先端側へ付勢して、係合部１３ｆをスリーブ１１の係合突起１１ｆに押し付けている。スイッチ部材１３Ａは、この状態から、押圧部１３ｂを中心軸側へ押し込んで、係合部１３ｆを係合突起１１ｆに係合させた状態で、スイッチ部材１３Ａの回動位置を保持できる。スイッチ部材１３Ａは、解除操作部１３ｅを弾性部１３ｇの付勢に抗して後端部側へ移動させることで、係合突起１１ｆに対する係合部１３ｆの係合を解除できる。

図１４（ａ）は、スイッチ部材１３Ａがワイヤ８ａをロックしていないロック解除状態である。ロック解除状態では、スイッチ部材１３Ａの係合部１３ｆがスリーブ１１の係合突起１１ｆに乗り上げて、スイッチ部材１３Ａの突起１３ｈはワイヤ８ａに対して非接触に保たれる。このようなロック解除状態からスイッチ部材１３Ａの押圧部１３ｂを押し下げて、スイッチ部材１３Ａの係合部１３ｆをスリーブ１１の係合突起１１ｆに係合させることにより、スイッチ部材１３Ａがワイヤ８ａをロックしているロック状態へ移行する。

図１４（ｂ）に示すように、ロック状態では、スイッチ部材１３Ａの係合部１３ｆがスリーブ１１の係合突起１１ｆに係合して、スイッチ部材１３Ａの突起１３ｈはワイヤ８ａに食い込んだ状態に保持され、ワイヤ８ａはワイヤ経路４ａのＵ字溝の底面に押圧されている。

多自由度鉗子１では、スイッチ部材１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄを設けることにより、シャフト４に対する操作部６の後端側リンク部５を介した回動領域を規制して、複数の多自由度鉗子１を操作する際に操作部６の誤操作を発生し難くすることができる。多自由度鉗子１では、自由度切替装置１０を操作して、操作部６の後端側リンク部５を介した二軸回動を、必要に応じて一軸回動に切り替えることにより、操作部６の回動範囲を規制して、近接する別の多自由度鉗子の操作部に干渉することを回避できる。多自由度鉗子１では、必要に応じて自由度切替装置１０を操作して操作部６の後端側リンク部５を介した一軸回動を回動の固定に切り替えることにより、操作部６の回動範囲をさらに規制して近接する別の多自由度鉗子の操作部に干渉することをさらに回避できる。言い換えれば、二軸回動と回動の固定との間に一軸回動という回動軌跡の固定ステップを設けて、回動軌跡の固定機能を用いた用途の追加を可能にしている。そして、回動の固定と回動軌跡の固定とは同じ機構を兼用して実現されている。

多自由度鉗子１では、押圧部１３ｂを押圧して突起１３ｈによりワイヤ経路４ａにワイヤ８ａ等をロックした状態を保持機構Ｈが保持するという具体的で簡単な機構構造によって自由度切替装置１０を実現できる。

なお、実施の形態１の多自由度鉗子１は、後端側リンク部５を介した操作部６の回動領域を規制すると同時に、先端側リンク部３を介した作動部２の回動領域を規制することができる。多自由度鉗子１において作動部２が挟んだ体内組織を体内で移動させる場合、自在な経路で作動部２を首振り回動させると、周囲の体内組織や体内に挿入された別の機器に干渉する場合がある。このような場合、先端側リンク部３の回動の自由度を一時的に減少させて円運動や直線運動といった単純な軌跡に沿って作動部２を首振り回動させることが望ましい場合がある。単純な軌跡に沿って作動部２の移動速度を精密に制御することが望ましい場合もある。先端側リンク部３を棒状に硬直化させて、負荷がかかった際の作動部２の首振り移動を抑制することが望ましい場合もある。実施の形態１の多自由度鉗子１は、このような要求に応えることができる。後端側リンク部５及び先端側リンク部３を三次元的に首振り移動自在な多自由度鉗子において、操作者が任意のタイミングで簡単な操作を行うことにより、後端側リンク部５及び先端側リンク部３の首振り移動の自由度を一時的に減らして、単純な軌跡に沿って作動部を移動させることが可能である。

（ローラジョイント）
実施の形態１では、回転中心が一点で回動自在なボールジョイントＢを用いて先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃ及び後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃを連結した実施の形態を説明した。しかし、先端側リンク部材３ａ、３ｂ、３ｂ、３ｃ及び後端側リンク部材５ａ、５ｂ、５ｃを連結する機構は、回転中心が線状で一軸回動を直交する二方向で行わせるローラジョイントであってもよい。ローラジョイントを用いた先端側リンク部２３の例を図１５、図１６を参照して説明する。

図５と対比させて図１５に示すように、変形例の多自由度鉗子１Ｂは、シャフト４の先端側と作動部２の後端側とをローラジョイントＲを用いた先端側リンク部２３により連結している。先端側リンク部２３は、作動部２に固定された作動部固定部材としての先端側リンク部材２３ａ、中継回動部材としての５個の先端側リンク部材２３ｂ、及びシャフト４に固定されたシャフト固定部材としての先端側リンク部材２３ｃを、ローラジョイントＲにより直列に連結している。ローラジョイントＲは、対向する一対の先端側リンク部材２３ｂを、貫通孔２３ｈを左右に挟む一対の円柱状の凸部２３ｉで支持するので、ボールジョイントＢの場合に比較して先端側リンク部２３の剛性が高くなる。一方、二軸回動を一軸ずつ分担して二段のローラで別々に行うため、ボールジョイントＢの場合に比較して先端側リンク部材２３ｂの段数が２倍必要である。

図１５（ｂ）に示すように、先端側リンク部材２３ａ、２３ｂ、２３ｂ、２３ｂ、２３ｂ、２３ｂ、２３ｃは、それぞれローラジョイントＲの回転中心２３ｋから外周に向かって後退する傾斜面２３ｍ、２３ｎを対向させている。

先端側リンク部材２３ｂ、２３ｂ、２３ｂ、２３ｂ、２３ｂ、２３ｃの先端側には円柱状の凸部２３ｉと平面状の傾斜面２３ｍが形成されている。先端側リンク部材２３ａ、２３ｂ、２３ｂ、２３ｂ、２３ｂ、２３ｂの後端側には円柱状の凹部２３ｊと平面状の傾斜面２３ｎが形成されている。

図６と対比させて図１６に示すように、先端側リンク部材２３ｂは、中心を囲む放射状に配置されたワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有し、中心を軸線方向に貫通させて、上述した開閉機構（７）を配置するための貫通孔２３ｈが形成されている。

同様にして、図７に示す後端側リンク部５も、ローラジョイントＲを使用して後端側リンク部材を直列に連結するものに置き換えることができる。このようにして、実施の形態１の多自由度鉗子１をローラジョイントの先端側リンク部及び後端側リンク部を使用した実施の形態に構成することができる。先端側リンク部材の傾斜面の後退角度よりも後端側リンク部材の傾斜面の後退角度を大きくし、先端側リンク部材の連結個数よりも後端側リンク部材の連結個数を少なくし、シャフトに固定された後端側リンク部材に実施の形態１と同様な自由度切替装置１０を設けることで、実施の形態１と同様な効果を奏することができる。

なお、ローラジョイント及びボールジョイントは、対向する２つのリンク部材がボールやローラで対向距離を保って回動し得る関節構造であればよく、実施の形態１のように対向するリンク部材の一方にボールやローラを固定したものには限らない。対向するリンク部材の間に独立したボールやローラを回転可能に挟持したものであってもかまわない。

（実施の形態２）
実施の形態１では、独立して操作される４個のスイッチ部材を後端側リンク部材に位置決めて設けた自由度切替装置１０を説明した。これに対して実施の形態２では、連動して操作される６個のスイッチ部材を後端側リンク部材に対して回転可能に設けた自由度切替装置１０Ｂを説明する。実施の形態２では、自由度切替装置１０Ｂ以外の構成は実施の形態１と基本的に同一に構成される。このため、実施の形態１と共通する構成部材には図１～図１４と共通の符号を付して重複する説明を省略する。

図１７（ａ）に示すように、後端側リンク部５は、操作部固定部材としての後端側リンク部材５ａと、中継回動部材としての後端側リンク部材５ｂと、シャフト固定部材としての後端側リンク部材５ｃと、がボールジョイントＢを用いて直列に連結されている。

図１７（ｂ）、図１８（ｂ）に示すように、シャフト固定部材としての後端側リンク部材５ｃは、ワイヤ経路部材１２Ｂの円柱部１２ｄに円筒状のスリーブ１１Ｂを挿入して組み立てられ、ワイヤ経路部材１２Ｂのフランジ１２ｅとスリーブ１１Ｂの段差１１ｅとの間に外挿部材３０を挟み込んで回転可能に保持している。スリーブ１１Ｂには、Ｕ字溝のワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを周方向に挟んで、押圧部材３４を押し上げてスリーブ１１Ｂに対する外挿部材３０の回転を可能にするための傾斜面が形成されている。

自由度切替装置１０Ｂは、ワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、スリーブ１１Ｂ、及び外挿部材３０を有し、外挿部材３０は、その内周面に６つの押圧部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆを設けられている。押圧部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆは同一に構成されているので、押圧部３１Ａの構成を説明する。押圧部３１Ａは、圧縮コイルばね３３に付勢された押圧部材３４がシリンダー３２に収容されている。押圧部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆは、シャフト４に固定された後端側リンク部材５ｃのＵ字溝のワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに位置するワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを６個の押圧部材３４のうちの所定の組み合わせにより外側から押圧して、ワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの底面に圧接させることが可能である。

外挿部材３０は、押圧部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆによるワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの押圧／非押圧の状態を保持する保持機構Ｈになっている。外挿部材３０は、シャフト４に固定された後端側リンク部材５ｃに外挿される。外挿部材３０は、ワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの任意の組み合わせを１回の操作でロック／ロック解除して、操作部６の二軸回動／一軸回動／回動の固定を自在に切替え可能である。

図１９（ａ）に示すように、二軸回動では、ワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを、押圧部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆが押圧しない位相位置へ外挿部材３０が位置決められている。図１９（ｂ）に示すように、Ｚ軸の一軸回動では、ワイヤ経路４ｃ、４ｄのワイヤ８ｃ、８ｄを、押圧部３１Ｃ、３１Ｆが押圧する位相位置へ外挿部材３０が位置決められている。図１９（ｃ）に示すように、回動の固定では、ワイヤ経路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを、押圧部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆがそれぞれ押圧する位相位置へ外挿部材３０が位置決められている。

以上説明したように、実施の形態２の多自由度鉗子によれば、外挿部材３０を回転させて後端側リンク部材５ｃに対する位相位置を位置決めすることで、二軸回動／一軸回動／回動の固定の中から選んだ所望の自由度を多自由度鉗子に設定することができる。なお、実施の形態２では、開口を設けたスリーブ１１Ｂの周りで外挿部材を回転させて必要な開口に押圧部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆを位置決める実施の形態を説明した。しかし、開口を設けたスリーブに沿って軸線方向にスライド可能な非回転の外挿部材を使用することも可能である。すなわち、外挿部材を軸線方向にスライドさせて必要な開口を選択することにより、軸方向に一体にスライドする４つの押圧部によるワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの押圧／非押圧の組み合わせを変更する実施の形態としてもよい。

実施の形態１、２では、鏡視下手術に用いられる多自由度鉗子の関節機構における本発明の実施の形態を説明した。しかし、本発明は、鏡視下手術に用いられる多自由度鉗子の実施の形態には限らない。実施例１、２に係る発明を利用可能な多自由度鉗子は、先端側リンク部を介してシャフトの先端側に取り付けられた作動部（エンドエフェクタ）の種類に応じて多くのバリエーションがある。患者の体内に挿入される作動部の鉗子形状は、作動部の用途に応じて多種多様に選択可能である。作動部は、体内組織を把持するための把持鉗子以外に、組織を剥離するための剥離鉗子、組織を切断するためのハサミ鉗子、組織を縫合するための縫合鉗子、ニードルドライバ、電気メス、ヒータ、電極、ステイプラ、拡張器、薬品注入器、照明装置、撮像カメラ等、多様に設計され得る。

実施の形態１、２では、多自由度鉗子の軸垂直断面において４本のワイヤが放射状に配置される実施の形態を説明した。しかし、多自由度鉗子の軸垂直断面に配置されるワイヤは４本以上でもよい。また、二軸回動を一軸回動に切替える際には、先端側リンク部及び後端側リンク部の剛性を高めるために、４本以上のワイヤをロックするものであってもよい。

先端側リンク部及び後端側リンク部の中心軸線上に配置された貫通孔は、種々の機械的な動力伝達手段に加えて、モータや照明を作動させるための電線を配置してもよく、通信を行うための光ケーブル、映像を伝達するための光ケーブル、可撓性の内視鏡導光ケーブルを配置してもよい。

先端側リンク部における先端側リンク部材の連結個数、及び後端側リンク部における後端側リンク部材の連結個数は３以上とすることが望ましいが、任意に設定可能である。先端側リンク部材及び後端側リンク部材は、任意の生体適合性物質（ステンレス鋼；チタニウム、タンタル、任意の合金、ポリエチレンもしくはそのコポリマー、ポリエチレンテレフタレートもしくはそのコポリマー、ナイロン、シリコーン、ポリウレタン、フルオロポリマー、ポリ塩化ビニル等から製造され得る。ワイヤの材料は、ニッケルとチタニウムの合金、ステンレス鋼、その他の任意の合金、炭素繊維、ポリ塩化ビニル、ポリオキシエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリプロピレン、これらのコポリマー、ナイロン、シルク等が挙げられる。ワイヤは、接着剤、ろう付け、ハンダ付け、溶接などによってリンク部材に固定することができる。

１ 多自由度鉗子
２ 作動部
２ａ 回転軸
２ｂ 第１鉗子片
２ｃ 第２鉗子片
２ｄ、２ｅ 軸受孔
２ｆ、２ｇ 軸受孔
２ｈ 本体
３、２３ 先端側リンク部
３ａ、２３ａ 先端側リンク部材（作動部固定部材）
３ｂ、２３ｂ 先端側リンク部材（中継回動部材）
３ｃ、２３ｃ 先端側リンク部材（シャフト固定部材）
３ｈ 貫通孔
３ｉ、２３ｉ 凸部
３ｊ、２３ｊ 凹部
３ｋ、２３ｋ 回転中心
３ｍ、２３ｍ 傾斜面
３ｎ、２３ｎ 傾斜面
４ シャフト
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ ワイヤ経路
５ 後端側リンク部
５ａ 後端側リンク部材（操作部固定部材）
５ｂ 後端側リンク部材（中継回動部材）
５ｃ 後端側リンク部材（シャフト固定部材）
５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ ワイヤ経路
５ｈ 貫通孔
５ｉ 凸部
５ｊ 凹部
５ｋ 回転中心
５ｍ 傾斜面
５ｎ 傾斜面
６ 操作部
６ａ 回転軸
６ｂ、６ｃ 指掛け
６ｄ、６ｅ 軸受孔
７ 開閉機構
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ プーリ
７ｅ、７ｆ ワイヤーロープ
８ 首振り機構
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ ワイヤ
１０、１０Ｂ 自由度切替装置
１１、１１Ｂ スリーブ
１１ｂ 保持溝
１１ｃ 端面
１１ｄ 貫通孔
１２、１２Ｂ ワイヤ経路部材
１２ｂ 保持溝
１２ｃ 軸受凹所
１２ｄ 円柱部
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ スイッチ部材
１３ｂ 押圧部
１３ｃ 回動軸
１３ｅ 解除操作部
１３ｆ 係合部
１３ｇ 弾性部
１３ｈ 突起
３０ 外挿部材（保持機構）
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅ、３１Ｆ 押圧部
３２ シリンダー
３３ 圧縮コイルばね
３４ 押圧部材
Ｂ ボールジョイント
Ｈ 保持機構
Ｒ ローラジョイント

Claims (6)

1. 先端側が患者の体内に挿入されるシャフトで、その軸方向に貫通しているワイヤ経路が配置されているシャフトと、
   前記シャフトの先端側に連結され、複数のワイヤ経路が放射状に配置された先端側リンク部材をボールジョイント又はローラジョイントで直列に連結してなる先端側リンク部と、
   前記シャフトの後端側に連結され、複数のワイヤ経路が放射状に配置された後端側リンク部材をボールジョイント又はローラジョイントで直列に連結してなる後端側リンク部と、
   前記先端側リンク部を介して前記シャフトに連結され、前記シャフトに対して回動可能であり、回動することで患者の体内で首振り動作を実行する作動部と、
   前記後端側リンク部を介して前記シャフトに連結され、前記シャフトに対して回動可能であり、患者の体外で回動されて前記作動部を遠隔操作する操作部と、
   前記先端側リンク部材のワイヤ経路と前記シャフトのワイヤ経路と前記後端側リンク部材のワイヤ経路とを貫通して、前記操作部と前記作動部とを連結する複数のワイヤと、を有する多自由度鉗子であって、
   連結されて対向する前記先端側リンク部材の対向面に形成されており、中心から外周に向かって前記対向面が互いに離れる方向へ傾斜している傾斜面の後退角度は、連結されて対向する前記後端側リンク部材の対向面に形成された、中心から外周に向かって前記対向面が互いに離れる方向へ傾斜している傾斜面の後退角度よりも小さく、
   前記先端側リンク部と前記後端側リンク部とが湾曲する際に、短くなるあるいは長くなるワイヤ経路の長さ分は、前記先端側リンク部と前記後端側リンク部との両方で同じとなるように構成されている、多自由度鉗子。
2. 前記先端側リンク部において前記先端側リンク部材が直列に連結された個数が、前記後端側リンク部において前記後端側リンク部材が直列に連結された個数よりも多い、
   請求項１に記載の多自由度鉗子。
3. 前記シャフトの中心軸線を挟む一対のワイヤを前記シャフトに対してロックして前記シャフトに対する前記操作部の二軸回動を一軸回動に切替え可能であると共に、当該一対のワイヤの間に位置する別の一対のワイヤをさらに前記シャフトに対してロックして、前記シャフトに対する前記操作部の回動を固定可能である自由度切替装置を有する、
   請求項１に記載の多自由度鉗子。
4. 前記自由度切替装置は、前記シャフトに固定された前記後端側リンク部材に設けられ、当該後端側リンク部材のワイヤ経路にワイヤをロックする、
   請求項３に記載の多自由度鉗子。
5. 前記自由度切替装置は、前記シャフトに固定された前記後端側リンク部材のワイヤ経路のワイヤを外側から押圧して当該ワイヤ経路に圧接させる押圧部と、当該押圧部が当該ワイヤ経路のワイヤを押圧した状態を保持する保持機構と、を有する、
   請求項３に記載の多自由度鉗子。
6. 前記保持機構は、前記シャフトに固定された前記後端側リンク部材に外挿され、複数のワイヤ経路のワイヤを１回の操作でロックして前記操作部の二軸回動と一軸回動と回動の固定とを切替え可能な外挿部材を有する、
   請求項５に記載の多自由度鉗子。

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