JPWO2020105616A1 - 屈曲機構及び医療装置 - Google Patents

Abstract

屈曲機構は、シャフト部と、近位端が前記シャフト部の遠位端に連なり、前記シャフト部の軸線と直交する方向に屈曲可能である屈曲部と、近位端が前記屈曲部に連なる先端部と、前記シャフト部及び前記屈曲部の軸線方向に沿って設けられた溝又は孔に挿通され、遠位端が、前記屈曲部に固定された操作ロッド又は操作ワイヤと、前記シャフト部の固定部分に前記操作ロッド又は前記操作ワイヤを押し付け可能に構成された押付部と、を備える。前記屈曲部は、前記操作ロッド又は前記操作ワイヤが前記操作ロッド又は前記操作ワイヤの延在方向に動作することによって屈曲可能に構成されるとともに、前記押付部によって、前記操作ロッド又は前記操作ワイヤが前記シャフト部の固定部分に押し付けられることにより摩擦力が発生し、押し付け位置において前記操作ロッド又は前記操作ワイヤが軸線方向において前記摩擦力によって固定される。

Description

本発明は、屈曲機構及び医療装置に関する。

胆嚢摘出等のような腹腔内の手術は、以前は腹部を切開するいわゆる開腹手術により行われていた。近年、腹部に数ｃｍ程度の孔を幾つかあけて、そこから腹腔鏡や手術用の処置具等（以下「処置具等」）を挿入して処置をする腹腔鏡下手術が広く一般に行われている。

処置具等は、挿入部先端の向きを変えるための屈曲機構を有することがある。屈曲機構を駆動するための駆動力は、ワイヤ又はロッドにより処置具等の基端側から屈曲機構まで伝達される。

上記の屈曲機構はワイヤやロッドの断面形状や機械特性に応じた屈曲剛性を有するが、手術の内容によっては屈曲機構に高い屈曲剛性が求められる場合がある。従来、高剛性の屈曲機構が考案されている（例えば特許文献１参照）。この屈曲機構では、関節輪に配置されたワイヤガイド孔が、直列方向において隣に位置するワイヤガイド孔と軸線方向又は軸線位置が相違している。ワイヤガイド孔に挿通された形状保持用操作ワイヤに加わる張力が大きくなるのにしたがって、ワイヤガイド孔との接触部において形状保持用操作ワイヤに作用する摩擦抵抗が増大する。その結果、各形状保持用操作ワイヤが基端側から牽引されていない状態では屈曲形状保持可能管部が変化し易く、すなわち屈曲機構の剛性が低くなり、各形状保持用操作ワイヤが基端側から牽引された状態では屈曲形状保持可能管部が変形し難く、すなわち屈曲機構の剛性が高くなる。

特開２０１０−２５９４７８号公報

しかし、上記特許文献１の従来技術では、屈曲部に形状保持用操作ワイヤ及びワイヤガイド孔のスペースが必要となることに加え、複雑な形状のガイド孔が必要になる。また、形状保持用操作ワイヤとガイド孔との摺動耐久性も要求される。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、屈曲機構を、簡単な構成で高剛性化することを目的としている。

本発明の一態様に係る屈曲機構は、シャフト部と、近位端が前記シャフト部の遠位端に連なり、前記シャフト部の軸線と直交する方向に屈曲可能である屈曲部と、近位端が前記屈曲部に連なる先端部と、前記シャフト部及び前記屈曲部の軸線方向に沿って設けられた溝又は孔に挿通され、遠位端が、前記屈曲部に固定された操作ロッド又は操作ワイヤと、前記シャフト部の固定部分に前記操作ロッド又は前記操作ワイヤを押し付け可能に構成された押付部と、を備え、前記屈曲部は、前記操作ロッド又は前記操作ワイヤが前記操作ロッド又は前記操作ワイヤの延在方向に動作することによって屈曲可能に構成されるとともに、前記押付部によって、前記操作ロッド又は前記操作ワイヤが前記シャフト部の固定部分に押し付けられることにより摩擦力が発生し、押し付け位置において前記操作ロッド又は前記操作ワイヤが軸線方向において前記摩擦力によって固定されるものである。

上記構成によれば、シャフト部及び屈曲部の軸線方向に沿って設けられた溝又は孔に挿通された操作ロッド又は操作ワイヤを当該操作ロッド又は当該操作ワイヤの延在方向に動作することによって屈曲部の屈曲動作が行われる。押付部によって、操作ロッド又は操作ワイヤをシャフト部の固定部分（例えば溝又は孔の壁面）に押し付けることで、摩擦力が発生し、押し付け位置において操作ロッド又は操作ワイヤが軸線方向において固定される。これにより、屈曲機構を簡単な構成で高剛性化することができる。

尚、前記屈曲部は、前記シャフト部の軸線方向と直交する第１方向に屈曲可能である第１屈曲部と、前記シャフト部の軸線方向と直交し、且つ、前記第１方向とは異なる第２方向に屈曲可能である第２屈曲部と、を有してもよい。

上記構成によれば、第１屈曲部と第２屈曲部の屈曲方向が異なるので、屈曲機構をより自由な方向に回転（屈曲）させることができる。

前記押付部は、前記シャフト部の溝又は孔において前記操作ロッド又は前記操作ワイヤに隣接して挿通され、流体圧力が供給されることにより膨張可能なチューブを有し、前記チューブは、流体圧力が供給されることにより膨脹し、前記操作ロッド又は前記操作ワイヤを前記シャフト部の固定部分に押し付け可能に構成されていてもよい。

上記構成によれば、流体圧力により膨張可能なチューブを膨張させることにより、操作ロッド又は操作ワイヤをシャフト部の固定部分（例えば溝又は孔の壁面）に押し付けて、摩擦力を発生させることができる。シャフト部に設けられた溝又は孔に操作ロッド又は操作ワイヤとともにチューブを挿通するだけなので、屈曲機構を簡単な構成で高剛性化することができる。尚、複数の前記操作ロッド又は前記操作ワイヤが、前記チューブの周囲に配置されてもよい。

尚、前記押付部が、前記シャフト部の溝又は孔の軸線方向に挿通され、前記チューブと、前記シャフト部の固定部分、前記操作ロッド又は前記操作ワイヤの少なくとも一つとの間の隙間に配置されたスペーサロッドを更に有してもよい。

上記構成によれば、スペーサロッドが、シャフト部の溝又は孔におけるチューブの周囲に挿通されているので、チューブのスペースが減少する。これにより、チューブを膨張させる際にチューブに供給する流体圧力をより低くしても、十分な摩擦力が発生し、押し付け効果を得ることができる。また、チューブに供給する流体圧力をより低くしてもよいのでチューブが伸びきって裂けにくくなり、チューブの耐圧性能を向上させることができる。

一方、前記シャフト部の溝又は孔の軸線方向に垂直な断面形状が、所定形状であり、前記チューブの断面形状の少なくとも一部が、前記溝又は孔の所定形状に応じた形状であってもよい。具体的に、前記シャフト部の溝又は孔の軸線方向に垂直な断面形状が矩形であり、前記チューブの外側の断面形状が前記溝又は孔の断面形状に応じて矩形であり、前記チューブの内側の断面形状が、円形であってもよい。

前記屈曲部は、その軸線方向に一列に連なった複数のコマ部材を有し、前記操作ロッド又は前記操作ワイヤは、前記複数のコマ部材に亘って軸線方向に設けられた溝又は孔に挿通され、前記操作ロッド又は前記操作ワイヤの遠位端が、前記屈曲部の遠位端に位置する前記コマ部材に固定されていてもよい。

上記構成によれば、屈曲部が主にコマ部材から構成されるので、屈曲機構を簡単な構成とすることができる。

上記屈曲機構は、前記複数のコマ部材に亘って軸線方向に設けられた溝又は孔に挿通され、遠位端が、前記屈曲部の遠位端に位置する前記コマ部材よりも近位端側に位置する前記コマ部材に固定されている抑制ロッド又は抑制ワイヤを更に備え、前記抑制ロッド又は前記抑制ワイヤは、前記押付部によって前記シャフト部の固定部分に押し付けられてもよい。

上記構成によれば、屈曲部の先端に外力が加わった場合に、操作ロッドまたは操作ワイヤの伸び量とは無関係に屈曲部の先端が当該外力の方向に撓むモードにおける屈曲部の先端の撓みを抑制することができる。

前記シャフト部の前記固定部分は、前記シャフト部の前記溝又は孔の壁面であってもよい。

上記構成によれば、シャフト部の固定部分としてシャフト部の溝又は孔の壁面を利用できるので、屈曲機構を簡単な構成とすることができる。

本発明の他の態様に係る医療装置は、上記屈曲機構を備えるものである。

本発明によれば、屈曲機構を、簡単な構成で高剛性化することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る屈曲機構の一例を示す側面図である。 図２は、図１の屈曲機構の軸線方向に沿った各部の断面図である。 図３は、図１の屈曲機構のＡ−Ａ部及びＢ−Ｂ部の断面図である。 図４は、図１の屈曲機構の屈曲動作及びロック動作の説明図である。 図５は、図１の屈曲機構を備えた医療装置の制御系を示すブロック図である。 図６は、図１の屈曲機構の屈曲時に発生する変形モードを示す図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る屈曲機構の一部を模式的に示した図である。 図８は、図７の屈曲機構のシャフト部の断面図の一例である。 図９は、屈曲機構の押付部の変形例を示す図である。 図１０は、屈曲機構の屈曲部の変形例を示す側面図である。 図１１は、屈曲機構の押付部のその他の変形例を示す断面図である。 図１２は、屈曲機構の押付部の別の変形例を示す断面図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る屈曲機構の一例を示す側面図である。図１に示すように、屈曲機構１００は、中空のシャフト部１と、近位端２ａがシャフト部１の遠位端１ａに連なる中空の屈曲部２と、近位端３ａが屈曲部２の遠位端２ｂに連なる先端部３と、シャフト部１及び屈曲部２の軸線方向に挿通され、遠位端が、屈曲部２の遠位部に固定された操作ロッド４と、シャフト部１に操作ロッド４を押し付け可能に構成された押付部５と、を備える。尚、「連なる」とは、２つのものが直接接続されている場合のみならず、２つのものの間に他のものが介在し、間接的に接続されている場合も含む。また、以下では、「軸線」とは、屈曲機構１００の前後に延びる中心線を意味し、「軸線方向」とは、軸線に沿った方向（前後方向）を意味する。本実施形態ではシャフト部１、屈曲部２及び先端部３は、各軸線方向が屈曲機構１００の軸線方向と一致するように連なっている。

図２は、屈曲機構１００の軸線方向に沿った各部の断面図である。図２に示すように、シャフト部１は、筒状部材であるシャフト１０と、シャフト１０の外周を覆う外管１１と、を備える。シャフト１０には、操作ロッド４及び押付部５（図１参照）を挿通するために、溝１０ａが設けられる。溝１０ａは、シャフト１０の外側表面に、シャフト１０の軸線方向に沿って設けられる。更にシャフト１０には、中空の内管６を挿通するために内部空間１０ｂが設けられる。内部空間１０ｂは、シャフト１０の軸線方向に沿って設けられる。

屈曲部２は、その軸線方向に一列に連なった複数のコマ部材２０を有する。本実施形態では１２個のコマ部材２０が屈曲部２の軸線方向に一列に連なっている。また、複数のコマ部材２０には、操作ロッド４を挿通するために軸線方向に設けられた貫通孔２０ａと、中空の内管６を挿通するために軸線方向に設けられた内部空間２０ｂが設けられる。隣り合うコマ部材２０は、一対のピン２１によって連結されている。シャフト部１の遠位端１ａは、一対のピン２１によって屈曲部２の近位端２ａに位置するコマ部材２０に連結されている。これによって、各コマ部材２０は、隣接するコマ部材２０に対して一対のピン２１の軸線（揺動軸線）周りに揺動可能に連結される。コマ部材２０の各揺動軸線は互いに平行となるように構成される。つまり、屈曲部２は、コマ部材２０の軸線及び揺動軸線と直交する方向に屈曲可能に構成されている。

先端部３はエンドエフェクタであり、本実施形態のエンドエフェクタは、医療用の鉗子である。先端部３の基部３０は、シャフト部１及び屈曲部２の内部に挿通された内管６の遠位端に取り付けられ、内管６の中心を通る回転軸線Ｌ１周りに回動可能である（手首回転軸）。本実施形態の内管６は、ステンレスのテープ材をスプリング状に巻いた金属製のチューブであり、曲げを許容しつつトルクを伝達でき、且つ、内部空間６ａに配線類を内包できる。内管６はシャフト１０の内部空間１０ｂ、及び、複数のコマ部材２０の内部空間２０ｂに挿通される。

本実施形態では、内管６の内部空間６ａには鉗子を駆動するロッド７が挿通される。ロッド７の遠位端は、鉗子の開閉動作を駆動する機構（ここでは図示せず）に連結される。この機構は、ロッド７の遠位端に連結された部分が所定方向に動かされると、その移動量に応じて鉗子を所定量開閉するように構成されている。これにより、例えばロッド７を遠位端から近位端に向かう方向に牽引すると、鉗子は閉じ動作を行い、対象物の把持動作を行う。また、ロッド７を近位端から遠位端に向かう方向に送り出すと、鉗子は開く動作を行い、対象物の解放動作を行う。

操作ロッド４（図１参照）は、シャフト１０に設けられた溝１０ａ（図２参照）及び複数のコマ部材２０に亘って設けられた貫通孔２０ａ（図２参照）に挿通される。操作ロッド４の遠位端は、屈曲部２の遠位端２ｂに位置するコマ部材２０、すなわち、屈曲部２の遠位部に固定される。操作ロッド４の遠位端が固定される屈曲部２の遠位部は、操作ロッド４によって屈曲部２を駆動できる範囲内において任意の位置とされ得る。本実施形態では、操作ロッド４は、棒状のニッケルチタン合金等の超弾性合金であるが、可撓性を有するステンレス製のワイヤでもよく、超弾性体のワイヤでもよい。操作ロッド４は、その基端側から押し引きされることにより、当該操作ロッド４の延在方向に動作可能に構成されている。これにより、屈曲部２は、コマ部材２０の軸線及び揺動軸線と直交する方向に屈曲可能に構成されている。

押付部５（図１参照）は、シャフト部１の溝１０ａ（図２参照）に操作ロッド４に隣接して挿通される。押付部５は、ゴム、熱可塑性エラストマー、樹脂、金属又は超弾性体のチューブ５ａと、チューブ５ａに連なるステンレス製の中空のパイプ５ｂとを有する。チューブ５ａの遠位端はシャフト部１の溝１０ａの遠位端で固定され、チューブ５ａの近位端はパイプ５ｂの遠位端に接続されている。パイプ５ｂの近位端（基端）側からチューブ５ａに液圧を供給するように構成されている。チューブ５ａとパイプ５ｂとは、パイプ５ｂの遠位部の外周にチューブ５ａの近位部を被せ、その周りに収縮部材を被せて収縮させることによって接続される。収縮部材としては、熱収縮樹脂の他、熱収縮エラストマーや形状記憶合金を用いることができる。

図３（Ａ）は、図１の屈曲機構１００のシャフト部１におけるＡ−Ａ部の断面図である。図３（Ａ）に示すように、シャフト１０の外側表面には４箇所の溝１０ａが設けられる。溝１０ａは１以上の任意の数設けられてもよい。各溝１０ａには、操作ロッド４及び操作ロッド４に隣接してチューブ５ａが挿通される。シャフト１０の外周は外管１１で覆われている。チューブ５ａの内部には作動液５ｃが満たされ、チューブ５ａは、液体圧力が供給されることにより内部の作動液５ｃの圧力変化に応じて収縮・膨張可能に構成されている。本実施形態では、チューブ５ａが、基端（図１のパイプ５ｂの近位端）側から液体圧力が供給されることにより膨脹し、操作ロッド４をシャフト部１の溝１０ａの壁面に押し付け可能に構成される。尚、チューブ５ａにおいて操作ロッド４と接触する表面の部材の材質がゴム又はプラスチックであってもよい。

シャフト１０の内部空間１０ｂには内管６が挿通される。内管６の内部空間６ａには、先端部３であるエンドエフェクタ（図２参照）を駆動するロッド７が挿通される。ロッド７の遠位端は先端部３（エンドエフェクタ）である鉗子に取り付けられている。

図３（Ｂ）は、図１の屈曲機構１００の屈曲部２におけるＢ−Ｂ部の断面図である。図３（Ｂ）に示すように、コマ部材２０には４カ所の貫通孔２０ａが設けられている。４箇所の貫通孔２０ａは、シャフト１０の溝１０ａに対応する位置に形成されている。各貫通孔２０ａには操作ロッド４が挿通される。屈曲部２（コマ部材２０）の内部空間２０ｂには内管６が挿通される。内管６の内部空間６ａには、図３（Ａ）同様、先端部３であるエンドエフェクタ（図２参照）を駆動するロッド７が挿通される。

次に、屈曲機構１００の動作について図４を用いて説明する。図４に示すように、シャフト部１及び屈曲部２の軸線方向に沿って挿通されている操作ロッド４を当該操作ロッド４の延在方向に押し引きする。具体的には、４本の操作ロッド４（図３参照）のうち屈曲側の２本の操作ロッド４（図３の上側の２本）を基端側に引き、反対側の２本の操作ロッド４（図３の下側の２本）を先端側に押す。一方、屈曲部２を構成する複数のコマ部材２０は、隣接するコマ部材２０に対して一対のピン２１の軸線（揺動軸線）周りに揺動可能に連結され、コマ部材２０の各揺動軸線が互いに平行となるように構成されている。本実施形態では、屈曲部２は、コマ部材２０の軸線及び揺動軸線と直交する方向（紙面の上方向又は下方向）に±１８０度屈曲することができる。

屈曲動作完了後、チューブ５ａ（押付部５）を膨張させることにより、操作ロッド４をシャフト部１に設けられた溝１０ａの壁面に押し付ける。これにより、操作ロッド４と溝１０ａの壁面の間で摩擦力を発生させ、押し付け位置において操作ロッド４が軸線方向において固定される。これにより、屈曲機構１００の屈曲剛性に影響する操作ロッド４の長さが、操作ロッド４の遠位端から押し付け位置までの長さとなる。つまり、操作ロッド４をシャフト部１に設けられた溝１０ａの壁面に押し付けない場合に比べて屈曲機構１００の屈曲剛性に影響する操作ロッド４の長さを短くできる。すると、屈曲機構１００の屈曲剛性に影響する操作ロッド４の伸び量が少なくなり、屈曲機構１００の屈曲剛性が高くなる。また、シャフト部１の軸線方向に沿って設けられた溝１０ａに操作ロッド４とチューブ５ａを挿通するだけなので構成が簡単である。よって、屈曲機構１００を簡単な構成で高剛性化することができる。

尚、操作ロッド４の押付力はチューブ５ａに供給する液圧やチューブ５ａの長さで調節することができる。例えば液圧を大きくしたり、チューブ５ａの長さを長くすると押付力は大きくなる。

チューブ５ａ（押付部５）を膨張させることにより、操作ロッド４をシャフト部１に設けられた溝１０ａの壁面に押し付けることを、以下では、「屈曲部２をロックする」と表現する。

本実施形態の屈曲機構１００は医療装置２００に使用されることができる。例えば医療装置２００は、術者が手術台の上の患者の体内に挿入した屈曲機構１００の遠位端に設けられた術具を外部から遠隔的に操作することによって、低侵襲手術を行うシステムである。

図５は、屈曲機構１００を備えた医療装置２００の制御系を示すブロック図である。図５に示すように、医療装置２００は、手首回転駆動部４０と、屈曲駆動部４１と、液圧駆動部４２と、エンドエフェクタ駆動部４３と、制御部４４と、表示装置４５と、操作部４６と、内視鏡４７と、を備える。

手首回転駆動部４０は、遠位端に先端部３（エンドエフェクタ）が取り付けられた内管６を回転軸線Ｌ１周りに回動させ、鉗子の手首回転動作を行う。手首回転駆動部４０は、例えばサーボモータを含む。

屈曲駆動部４１は、操作ロッド４と接続され、操作ロッド４を操作ロッド４の延在方向に移動（往復動）させる。これによって、屈曲部２の屈曲動作を行う。屈曲駆動部４１は、例えばサーボモータを含む。

液圧駆動部４２は、チューブ５ａに連なるパイプ５ｂと接続され、パイプ５ｂの基端側から液体圧力を供給する。これによって、屈曲部２をロックする。

エンドエフェクタ駆動部４３は、ロッド７と接続され、その駆動力により、ロッド７をロッド７の延在方向に移動（往復動）させる。これによって、エンドエフェクタである鉗子が開閉する。

制御部４４は、例えば、ＣＰＵ等の演算器と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリとを備えている。制御部４４は、集中制御する単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御する複数の制御器で構成されてもよい。制御部４４は、操作部４６から受信したデータに基づいて駆動部（４０〜４３）の動作を制御し、屈曲機構１００の動作を制御する。また、制御部４４は、内視鏡４７から受信した画像データを処理し、表示装置４５に送信する。制御部４４のメモリには所定の制御プログラムが記憶されていて、制御部４４がこれらの制御プログラムを読み出して実行することにより、屈曲機構１００の動作が制御される。

操作部４６は、術者が操作して、屈曲機構１００によって実行されるべき動作命令を入力するためのものである。操作部４６は、制御部４４と通信可能に構成されている。そして、操作部４６は、術者によって入力された屈曲機構１００によって実行されるべき動作命令をデータに変換し、制御部４４に送信する。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る屈曲機構について図面を用いて説明する。図６は、第１実施形態に係る屈曲部２の屈曲時に発生する撓みモードを示す図である。屈曲部２の先端に図６における下向きの外力が加わった場合、屈曲部２は図６（Ａ）の形態（Ｓ字モード）となる。外力が加わる前と後とで、操作ロッド４の長さ、特に、屈曲部２に挿通されている操作ロッド４の長さは変化しない。つまり、屈曲部２が図６（Ａ）の形態（Ｓ字モード）となることは、操作ロッド４の駆動によって防ぐことはできない。

図７（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る屈曲機構１００Ａの一部を模式的に示した図である。図７（Ａ）に示すように、本実施形態に係る屈曲機構１００Ａは、操作ロッド４とともに屈曲部２に挿通された抑制ワイヤ８を備える点が第１実施形態（図６参照）と異なる。抑制ワイヤ８は、シャフト部１ではその軸線方向に設けられた溝１０ａに操作ロッド４とともに挿通され、屈曲部２では複数のコマ部材２０に亘ってその軸線方向に設けられた貫通孔２０ａに操作ロッド４とともに挿通される。

また、抑制ワイヤ８の遠位端は、屈曲部２の遠位端に位置するコマ部材２０よりも近位端側に位置するコマ部材２０に固定されている。図７（Ａ）では抑制ワイヤ８の遠位端は、屈曲部２の近位端から６番目に位置するコマ部材２０に固定されている。つまり、屈曲部２における抑制ワイヤ８の長さは、屈曲部２における操作ロッド４の長さの１／２である。

抑制ワイヤ８が、押し付け位置において、チューブ５ａによって操作ロッド４とともにシャフト部１の溝１０ａの壁面に押し付けられると、押し付け位置において、抑制ワイヤ８が操作ロッド４とともに軸方向において固定される。

ここで、図６（Ａ）における屈曲部２の先端（右端部）に、屈曲部２の軸線方向と垂直な方向に荷重が加わったときの屈曲部２の先端の撓みσは次式（１）で表される。
σ＝（Ｐ×Ｌ^３）／（１２×Ｅ×Ｉ）・・・（１）
Ｐ（Ｎ）：屈曲部２の先端に、屈曲部２の軸線方向と垂直な方向に加わる荷重
Ｌ（ｍｍ）：屈曲部２の長さ
Ｅ（ＭＰａ）：縦弾性係数
Ｉ（ｍｍ^４）：断面二次モーメント
（Ｉ＝π×ｄ^４／６４×Ｎ（ｄ（ｍｍ）は単一の操作ロッド４の直径、Ｎはロッド本数））

抑制ワイヤ８が押し付け位置において固定されると、押し付け位置から抑制ワイヤ８の遠位端固定位置までの長さが一定となる。すると、Ｓ字モードは、屈曲部２の近位部から抑制ワイヤ８の遠位端固定位置までの間と、抑制ワイヤ８の遠位端固定位置から屈曲部２の遠位部までの間の２段階で発生することになる。屈曲部２の先端の撓みσは屈曲部２の長さの３乗に比例するため、Ｓ字モードが２段階で発生した場合の屈曲部２の先端の撓みσは、Ｓ字モードが１段階のみで発生した場合の屈曲部２の先端の撓みσよりも小さくなる。つまり、Ｓ字モードによる屈曲部２の先端の撓みσを抑制することができる。

実際には、屈曲部２の先端に図６における下向きの外力が加わった場合、屈曲部２には図６（Ｂ）の形態の撓みも発生する。つまり、図６（Ａ）の形態の撓みと図６（Ｂ）の形態の撓みが重なって発生する。図６（Ｂ）の形態の撓みは、図６における上側の操作ロッド４が伸び、下側の操作ロッド4が縮むことで発生する。

図７（Ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る他の屈曲機構１００Ｂの一部を模式的に示した図である。図７（Ａ）の屈曲機構１００Ａは、１本の操作ロッド４に対して１本の抑制ワイヤ８を備えていたが、図７（Ｂ）では、屈曲機構１００Ｂは、１本の操作ロッド４に対して２本の抑制ワイヤ８を備える。

図７（Ｂ）では、一方の抑制ワイヤ８の遠位端は、屈曲部２の近位端から９番目に位置するコマ部材２０に固定されており、他方の抑制ワイヤ８の遠位端は、屈曲部２の近位端から５番目に位置するコマ部材２０に固定されている。つまり、屈曲部２における一方の抑制ワイヤ８の長さは、屈曲部２における操作ロッド４の長さの３／４であり、屈曲部２における他方の抑制ワイヤ８の長さは、屈曲部２における操作ロッド４の長さの５／１２である。このように、屈曲部２における一方の抑制ワイヤ８の長さを、屈曲部２における操作ロッド４の長さの２／３より大きくし、屈曲部２における他方の抑制ワイヤ８の長さを、屈曲部２における操作ロッド４の長さの１／３より大きくすることで、屈曲部２の先端の撓みを更に抑制することができる。

この場合、図７（Ａ）における説明と同様の理由により、Ｓ字モードが３段階で発生することになり、屈曲部２の先端の撓みσを更に抑制することができる。

図８は、図７（Ｂ）の屈曲機構１００Ｂのシャフト部１の断面図の一例である。図８に示すように、シャフト１０Ａの外側表面には６箇所の溝１０ａが設けられる。溝１０ａの断面形状は略矩形である。各溝１０ａには、２本の操作ロッド４又は２本の抑制ワイヤ８の間に１本のチューブ５ａが挿通される。本実施形態では、シャフト１０の溝１０ａには４本の操作ロッド４と、８本の抑制ワイヤ８と、６本のチューブ５ａが挿通される。これにより、各チューブ５ａ（押付部５）を膨張させることにより、２本の操作ロッド４又は２本の抑制ワイヤ８をシャフト部１の溝１０ａの壁面に押し付けることができる。尚、チューブ５ａにおいて操作ロッド４又は抑制ワイヤ８と接触する表面の部材の材質がゴム又はプラスチックであってもよい。

尚、本実施形態では、抑制ワイヤ８は、屈曲部２において操作ロッド４の１／２、３／４又は５／１２の長さとしたが、操作ロッド４よりも短ければこれらの長さに限られない。

また、抑制ワイヤ８は、サーボモータ（例えば図５の屈曲駆動部４１）によって、当該抑制ワイヤ８の延在方向に動作するように構成されていてもよい。

（変形例）
上記実施形態では、押付部５がチューブ５ａを有し、チューブ５ａが液体圧力により膨脹し、操作ロッド４をシャフト部１に押し付けるように構成されたが、この構成に限られない。図９は、押付部５の変形例を示している。図９は、シャフト１０の外側表面の一部を拡大して示した平面図である。図９（Ａ）に示すように、第１の変形例に係る押付部５は、シャフト１０の溝１０ａにおいて操作ロッド４に隣接して挿通される。押付部５は、ロッド部５ｄと、シャフト部１の基端側からシャフト部１の先端側に近づくにつれて拡大する拡大部５ｅとを備える。ロッド部５ｄと拡大部５ｅは例えば操作ロッド４と同じ材質である。シャフト１０の溝１０ａはシャフト部１の基端側からシャフト部１の先端側に近づくにつれて拡大している。これにより、基端側の方向（図の矢印方向）に押付部５のロッド部５ｄを引くことにより、拡大部５ｅが溝１０ａの一方の壁面に面接触し、隣接する操作ロッド４が溝１０ａの他方の壁面に押し付けられる。つまり、押付部５と溝１０ａにおけるくさび効果を利用して押しつけを行う。尚、ロッド部５ｄと拡大部５ｅにおいて操作ロッド４と接触する側の表面の材質はゴム又はプラスチックであってもよい。

図９（Ｂ）は、第２の変形例に係る押付部５を示している。図９（Ｂ）に示すように、第２の変形例に係る押付部５は、シャフト１０の溝１０ａにおいて２本の操作ロッド４の間に隣接して挿通される。基端側の方向（図の矢印方向）に押付部５のロッド部５ｄを引くことにより、拡大部５ｅが隣接する２本の操作ロッド４に面接触し、隣接する操作ロッド４が溝１０ａの壁面に押し付けられる。尚、押付部５（ロッド部５ｄと拡大部５ｅ）において操作ロッド４と接触する両側の表面の材質はゴム又はプラスチックであってもよい。

尚、上記実施形態の屈曲機構１００（図４参照）では、屈曲部２は、シャフト部１の軸線方向と直交する第１方向（紙面の上方向又は下方向）に±１８０度屈曲可能に構成されたが、これに限られない。屈曲部２は、第１方向だけでなく、シャフト部の軸線方向と直交し、且つ、第１方向とは異なる第２方向に屈曲可能に構成されてもよい。

図１０は、屈曲部２の変形例を示す側面図である。図１０に示すように、本変形例の屈曲部２Ａは、屈曲機構１００Ｃにおいて、近位端がシャフト部１の遠位端に連なる第１屈曲部２０１と、近位端が第１屈曲部２０１の遠位端に連なる第２屈曲部２０２と、を有する。

第１屈曲部２０１は、その軸線方向に一列に連なった複数のコマ部材を有する。各コマ部材は、隣接するコマ部材に対して一対のピンの軸線周りに揺動可能に連結される。これにより、第１屈曲部２０１は、シャフト部１の軸線方向と直交する第１方向（図１０では、紙面の上方向又は下方向）に屈曲可能に構成されている。

第２屈曲部２０２は、その軸線方向に一列に連なった複数のコマ部材を有する。各コマ部材は、隣接するコマ部材に対して一対のピンの軸線周りに揺動可能に連結される。ここで第２屈曲部２０２における各コマ部材のピンの軸線は、第１屈曲部２０１における各コマ部材のピンの軸線と直交する。第２屈曲部２０２は、シャフト部１の軸線方向及び第１方向と直交する第２方向（図１０では、紙面の手前方向又は奥行方向）に屈曲可能に構成されている。このように、各屈曲部（２０１，２０２）の屈曲方向が異なるように接続されているので、屈曲機構１００Ｃをより自由な方向に回転（屈曲）させることができる。

その他、屈曲部２において、各コマ部材のピンの軸線が交互に直交するように各コマ部材が連結されていてもよい。

図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、上記実施形態の屈曲機構の押付部５のその他の変形例を示す断面図である。ここではシャフト部１の軸線方向に垂直な断面の一部を模式的に示している。図１１（Ａ）に示すように、本変形例の押付部５は、第１実施形態（図４）と比べると、シャフト部１の溝１０ａの軸線方向に挿通され、チューブ５ａの周囲に配置された４本のスペーサロッド５ｆを更に有している点が異なる。スペーサロッド５ｆの材質は例えばステンレスであるが他の金属としてもよく、プラスチックを含む樹脂やゴムとしてもよい。溝１０ａの断面形状は略矩形である。チューブ５ａ、スペーサロッド５ｆ及び操作ロッド４の断面形状は円形である。チューブ５ａの円形断面の直径は操作ロッド４の円形断面の直径と同程度である。スペーサロッド５ｆの円形断面の直径は操作ロッド４の円形断面の直径よりも小さい。

２本のスペーサロッド５ｆは、チューブ５ａと、溝１０ａの２つの角との間の隙間に配置されている。他の２本のスペーサロッド５ｆは、チューブ５ａと、溝１０ａの壁面及び操作ロッド４との間の隙間に配置されている。

本変形例では、スペーサロッド５ｆが、シャフト部１の溝１０ａにおいて、チューブ５ａの周囲に挿通されているので、第１実施形態と比べて、チューブ５ａのスペースが減少している。これにより、チューブ５ａを膨張させる際にチューブ５ａに供給する流体圧力をより低くしても、十分な摩擦力が発生し、押し付け効果を得ることができる。また、チューブ５ａに供給する流体圧力をより低くしてもよいのでチューブ５ａが伸びきって裂けにくくなり、チューブ５ａの耐圧性能を向上させることができる。また、本変形例では、スペーサロッド５ｆが溝１０ａの２つの角を占有しているので、チューブ５ａの形状の局所的な変形が無くなり、チューブ５ａが裂けにくくなる。

尚、スペーサロッド５ｆは、チューブ５ａと、シャフト部１の固定部分及び操作ロッド４の少なくとも一つとの間の隙間に配置されていればよい。ここで固定部分とは、操作ロッド４のような可動部分以外の部分（溝１０ａの壁面又は角）を意味する。従って、スペーサロッド５ｆは、チューブ５ａと、操作ロッド４との間の隙間に配置されていてもよい。

一方で、チューブ５ａの断面形状は、溝１０ａの断面形状に応じた形状であってもよい。図１１（Ｂ）では、溝１０ａの断面形状が略長方形であるのに対し、チューブ５ａの断面形状は略正方形である。ここでは溝１０ａの断面形状とチューブ５ａの断面形状の一部が一致しているので、チューブ５ａを膨張させる際にチューブ５ａに供給する流体圧力をより低くしても、上記変形例（図１１（Ａ））と同様な効果を得ることができる。図１１（Ｃ）では、チューブ５ａの断面形状の一部が直線であり、溝１０ａの断面形状のうち、チューブ５ａの断面形状が直線である部分と接触する部分も直線である。このように、チューブ５ａの断面形状の少なくとも一部が、溝１０ａの形状に応じた形状であればよい。

尚、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）の左側の図は、チューブ５ａの収縮時にチューブ５ａの周囲に隙間がある場合を示しているが、チューブ５ａの収縮時にチューブ５ａと溝１０ａの壁面（シャフト部１の固定部分）の一部又は全部が接触していてもよい。また、チューブ収縮時にチューブ５ａと操作ロッド４が接触していてもよい。尚、チューブ５ａにおいて操作ロッド４と接触する表面の部材の材質がゴム又はプラスチックであってもよい。

尚、チューブ５ａ断面の外側の形状と内側の形状が異なっていてもよい。例えばチューブ断面の外側の形状を図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）のように矩形や略矩形としつつ、チューブ断面の内側の形状を図１１（Ａ）のように円形としてもよい。

図１２（Ａ）は、屈曲機構の押付部５の別の変形例を示す断面図である。ここでもシャフト部１の軸線方向に垂直な断面の一部を模式的に示している。図１２（Ｂ）は、その比較例である。図１２（Ａ）に示すように、本変形例の押付部５は、第２実施形態の押付部５（図８参照）と比べると、溝１０ａの断面形状が略矩形である点、および、２本の操作ロッド４がチューブ５ａの両側に配置される点が共通するが、チューブ５ａの外側の断面形状が、溝１０ａの断面形状に応じて矩形であり、チューブ５ａの内側の断面形状が円形である点が異なる。

一方、図１２（Ｂ）に示すように、比較例の押付部５は、本変形例の押付部５（図１２（Ａ）参照）と比べると、チューブ５ａの外側の断面形状と内側の断面形状が円形であり、チューブ５ａの周囲に４本のスペーサロッド５ｆが配置されている点が異なる。ここでチューブ５ａの周囲に示された部材は熱収縮チューブ５ｇである。チューブ５ａの基端部分はステンレス製（ＳＵＳ）のパイプ５ｂに接続されているが（図１等参照）、熱収縮チューブ５ｇは、チューブ５ａとパイプ５ｂとの接続部分付近を部分的に覆う。これにより、チューブ５ａがパイプ５ｂとの接続部分において急激（局所的）に膨張することが抑制される。

図１２（Ａ）の本変形例では、チューブ５ａの内側の断面形状が円形であるので、チューブ５ａの内側の円形中心からチューブ５ａの外側の矩形の四隅までの厚さが他の部分と比べて厚くなる。これにより、膨張時にチューブ５ａの四隅が急激（局所的）に膨張することが抑制され、チューブ５ａが破れにくくなる。その結果、図１２（Ｂ）の比較例で使用した熱収縮チューブ５ｇが不要になる。

尚、第２実施形態の押付部５（図８参照）や本変形例（図１２参照）では、チューブ５ａの周囲に２本の操作ロッド４を配置したが、３本以上の操作ロッド４を配置してもよい。これにより、１本のチューブ５ａで複数の操作ロッド４を固定することができる。

（その他の実施の形態）
上記実施形態のエンドエフェクタは医療用の鉗子であるが、これに限定されない。エンドエフェクタは、把持器、鋏、ステープラ、針保持器、及び電気メスなどの外科ツールであってもよい。また、電子外科電極、トランスデューサ、センサなどの電気的に駆動される機器であってもよい。また、エンドエフェクタは、例えば、吸入、ガス注入、洗浄、処理流体、アクセサリ導入、生検摘出などのための流体を供給するノズルであってもよい。或いは、エンドエフェクタは、カメラなどの撮像装置が搭載されたものであってもよい。また、エンドエフェクタは、医療用に限らず、例えば配管内部の検査等の産業用に用いられてもよい。

上記実施形態では、シャフト部１には溝１０ａが設けられ、外管により覆われていたが、シャフト部１に貫通孔を設けてもよい。屈曲部２には貫通孔２０ａが設けられたが、溝を設け、外管により覆われていてもよい。

押し付け位置はシャフト部１の遠位端に位置したが、シャフト部１の任意の場所に位置してもよい。

上記実施形態では、屈曲部２を屈曲させるための駆動力を伝達する駆動力伝達部材を操作ロッド４としたが、ワイヤとしてもよい。駆動力伝達部材として、長手方向に引っ張り力または押し力を伝達できる長尺部材を用いることができる。ワイヤは引っ張り力を伝達し、ロッドは引っ張り力及び押し力を伝達する。また、抑制ワイヤ８の代わりにロッドを用いてもよい。

上記実施形態では、チューブ５ａの内部には作動液５ｃが満たされるとしたが、作動流体として作動液５ｃの代わりに作動気体が満たされてもよい。この場合、チューブ５ａには液体圧力の代わりに気体圧力が供給される。

上記実施形態では、屈曲部２はその軸線方向に一列に連なった複数のコマ部材２０を有するとしたが、一連のコマ部材２０の代わりにバネやゴムを用いることもできる。例えばコイルバネを用いる場合には、複数のコマ部材２０の代わりにコイルバネを用い、コイルバネの芯材に貫通孔２０ａを軸線方向に設けることができる。また、例えばゴムを用いる場合には、複数のコマ部材２０の代わりに円筒状のゴムを用い、円筒状のゴムに貫通孔２０ａを軸線方向に設けることができる。

上記実施形態では、コマ部材２０の各揺動軸線は互いに平行としたが、これに限られない。例えばコマ部材２０の揺動軸線がある方向に平行であるグループと、該方向以外の方向（例えば該方向に直交する方向）であるグループに分け、それぞれのグループに操作ロッド４を設けることにより、屈曲部２が２つの方向に屈曲可能となる。同様に、屈曲部２を３つ以上の複数の方向に屈曲可能とすることもできる。

上記実施形態では、チューブ５ａ（押付部５）を膨張させて操作ロッド４や抑制ワイヤ８をシャフト部１の溝１０ａの壁面に押し付けるとしたが、操作ロッド４や抑制ワイヤ８はシャフト部１の外管１１に押し付けられてもよい。要するに操作ロッド４や抑制ワイヤ８がシャフト部１の固定部分に押し付けられればよい。ここで固定部分とは、操作ロッド４のような可動部分以外の部分を意味する。

上記実施形態では、先端部３（エンドエフェクタ）である鉗子をロッド７で駆動することとしたが、鉗子等のエンドエフェクタは液圧や電力によって駆動されてもよい。このとき、液圧や電力を基端部から先端部３に伝えるための配管や電気配線をシャフト部１、屈曲部２又は内管６の中空部に挿通してもよい。先端部３（エンドエフェクタ）である鉗子をロッドで駆動する場合には、ロッドをシャフト部１、屈曲部２又は内管６の中空部に挿通してもよい。シャフト部１、屈曲部２及び内管６は中実でもよい。また、鉗子は１本のロッド７で駆動されたが、少なくとも２本のワイヤで駆動されてもよい。

操作ロッド４とチューブ５ａの間の摩耗対策として、操作ロッド４とチューブ５ａとの間に耐摩耗性や摺動性が高い部材を設けてもよい。

上記実施形態では、隣接するコマ部材２０は、一対のピン２１によって連結されていたが、ピン２１を用いることなく連結されていてもよい。例えば隣接するコマ部材２０の軸線方向に対向する２つの主面にそれぞれ溝と突条が設けられ、突条の断面形状の部分円の曲率と溝の断面形状の部分円の曲率とが等しく構成されていてもよい（図示せず）。この構成では、隣接するコマ部材２０の２つの主面が面接触しながら摺動することにより、隣接するコマ部材２０が相対的に回動する。

上記実施形態では、チューブ５ａとパイプ５ｂとは、収縮部材を収縮させることによって接続されたが、接着その他の方法で接続されてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び機能の双方又は一方の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、屈曲機構を備えた装置に有用である。

１ シャフト部
２，２Ａ 屈曲部
２ａ 近位端（屈曲部）
２ｂ 遠位端（屈曲部）
３ 先端部（エンドエフェクタ）
３ａ 近位端（先端部）
４ 操作ロッド
５ 押付部
５ａ チューブ
５ｂ パイプ
５ｃ 作動液
５ｄ ロッド部
５ｅ 拡大部
５ｆ スペーサロッド
５ｇ 熱収縮チューブ
６ 内管
６ａ 内部空間
７ ロッド
８ 抑制ワイヤ
１０，１０Ａ シャフト
１０ａ 溝
１０ｂ 内部空間
１１ 外管
２０ コマ部材
２０ａ 貫通孔
２０ｂ 内部空間
２１ 揺動ピン
４０ 手首回転駆動部
４１ 屈曲駆動部
４２ 先端駆動部
４３ エンドエフェクタ駆動部
４４ 制御部
４５ 表示装置
４６ 操作部
４７ 内視鏡
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 屈曲機構
２００ 医療装置
２０１ 第１屈曲部
２０２ 第２屈曲部

Claims (11)

1. シャフト部と、
   近位端が前記シャフト部の遠位端に連なり、前記シャフト部の軸線と直交する方向に屈曲可能である屈曲部と、
   近位端が前記屈曲部に連なる先端部と、
   前記シャフト部及び前記屈曲部の軸線方向に沿って設けられた溝又は孔に挿通され、遠位端が、前記屈曲部に固定された操作ロッド又は操作ワイヤと、
   前記シャフト部の固定部分に前記操作ロッド又は前記操作ワイヤを押し付け可能に構成された押付部と、
   を備え、
   前記屈曲部は、前記操作ロッド又は前記操作ワイヤが前記操作ロッド又は前記操作ワイヤの延在方向に動作することによって屈曲可能に構成されるとともに、前記押付部によって、前記操作ロッド又は前記操作ワイヤが前記シャフト部の固定部分に押し付けられることにより摩擦力が発生し、押し付け位置において前記操作ロッド又は前記操作ワイヤが軸線方向において前記摩擦力によって固定される、屈曲機構。
2. 前記屈曲部は、
   前記シャフト部の軸線方向と直交する第１方向に屈曲可能である第１屈曲部と、
   前記シャフト部の軸線方向と直交し、且つ、前記第１方向とは異なる第２方向に屈曲可能である第２屈曲部と、
   を有する、請求項１に記載の屈曲機構。
3. 前記押付部は、前記シャフト部の溝又は孔において前記操作ロッド又は前記操作ワイヤに隣接して挿通され、流体圧力が供給されることにより膨張可能なチューブを有し、
   前記チューブは、流体圧力が供給されることにより膨脹し、前記操作ロッド又は前記操作ワイヤを前記シャフト部の固定部分に押し付け可能に構成される、請求項１又は２に記載の屈曲機構。
4. 複数の前記操作ロッド又は前記操作ワイヤが、前記チューブの周囲に配置される、請求項３に記載の屈曲機構。
5. 前記押付部は、前記シャフト部の溝又は孔の軸線方向に挿通され、前記チューブと、前記シャフト部の固定部分、前記操作ロッド又は前記操作ワイヤの少なくとも一つとの間の隙間に配置されたスペーサロッドを更に有する、請求項３又は４に記載の屈曲機構。
6. 前記シャフト部の溝又は孔の軸線方向に垂直な断面形状が、所定形状であり、
   前記チューブの断面形状の少なくとも一部が、前記溝又は孔の所定形状に応じた形状である、請求項３又は４に記載の屈曲機構。
7. 前記シャフト部の溝又は孔の軸線方向に垂直な断面形状が、矩形であり、
   前記チューブの外側の断面形状が、前記溝又は孔の断面形状に応じて矩形であり、
   前記チューブの内側の断面形状が、円形である、請求項６に記載の屈曲機構。
8. 前記屈曲部は、その軸線方向に一列に連なった複数のコマ部材を有し、
   前記操作ロッド又は前記操作ワイヤは、前記複数のコマ部材に亘って軸線方向に設けられた溝又は孔に挿通され、
   前記操作ロッド又は前記操作ワイヤの遠位端が、前記屈曲部の遠位端に位置する前記コマ部材に固定されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の屈曲機構。
9. 前記複数のコマ部材に亘って軸線方向に設けられた溝又は孔に挿通され、遠位端が、前記屈曲部の遠位端に位置する前記コマ部材よりも近位端側に位置する前記コマ部材に固定されている抑制ロッド又は抑制ワイヤを更に備え、
   前記抑制ロッド又は前記抑制ワイヤは、前記押付部によって前記シャフト部の固定部分に押し付けられる、請求項８に記載の屈曲機構。
10. 前記シャフト部の前記固定部分は、前記シャフト部の前記溝又は孔の壁面である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の屈曲機構。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の屈曲機構を備える、医療装置。

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