WO2017195246A1 - 把持機構および把持具 - Google Patents

Abstract

　簡易な機構によって把持力をさらに増大させることを目的として、本発明に係る把持機構（３）は、揺動軸線（Ａ１）回りに相対揺動させられる２つの把持片（５，６）と、把持片を揺動可能に支持するベース部材（２）と、揺動軸線に平行な回転軸線（Ａ２）回りに回転可能に支持された牽引プーリ（７）と、牽引プーリに巻き掛けられ、一端が把持片またはベース部材に固定され、他端に加えた牽引力によって牽引プーリに回転軸線を一方向に移動させるワイヤ（８）とを備え、牽引プーリは、ワイヤの張力の合力が牽引力より大きくなり、かつ、把持片を相対的に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配置され、ベース部材に前後方向に第１の長孔（１０）が設けられ、把持片に揺動軸線に直交する平面に沿って第１の長孔の長手軸に対して一方向に傾斜する第２の長孔（１１）が設けられ、回転軸線が各長孔の長手軸に沿って移動可能に設けられている。

Description

把持機構および把持具

　本発明は、把持機構および把持具に関するものである。

　従来、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

　特許文献１の把持機構においては、リンク機構によって把持力を増大させているが、さらなる把持力の増大を図ることができない。
　本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な機構によって把持力をさらに増大させることができる把持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、揺動軸線回りに相対的に揺動させられる２つの把持片と、該把持片の少なくとも一方を先端部に揺動可能に支持するベース部材と、前記揺動軸線に平行な回転軸線回りに回転可能に支持された牽引プーリと、該牽引プーリに巻き掛けられ、一端がいずれかの前記把持片または前記ベース部材に固定され、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前記回転軸線を一方向に移動させる張力を作用させるワイヤとを備え、前記牽引プーリは、前記回転軸線に作用する前記ワイヤの張力の合力が、前記牽引力より大きくなり、かつ、前記把持片を相対的に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配置され、前記ベース部材に、先端から基端に向けて延びる第１の長孔が設けられ、少なくとも一方の前記把持片に、前記揺動軸線に直交する平面に沿って前記第１の長孔の長手軸に対して一方向に傾斜する方向に延びる第２の長孔が設けられ、前記回転軸線が、前記第１の長孔および前記第２の長孔の長手軸方向に沿って移動可能に設けられている把持機構である。

　本態様によれば、ワイヤの他端に牽引力が加えられたときに、牽引力に等しい張力がワイヤに発生し、ワイヤが巻き掛けられた牽引プーリには、回転軸線を挟む両側のワイヤの長手方向に作用する張力の合力が印加される。この合力が少なくとも一方の把持片の揺動軸線回りの閉じる方向のモーメントを発生させることにより、２つの把持片が相対的に閉じられて、間に配置された組織等の対象物を把持することができる。

　この場合において、本態様によれば、牽引プーリに作用する合力が牽引力より大きくなるように牽引プーリが配置されている。すなわち、回転軸線を挟む両側に牽引プーリの接線方向に延びるワイヤの相対角度が１２０°より小さくなるように牽引プーリが配置されていることにより、牽引プーリを介さずに回転軸線の位置に牽引力を直接加える場合と比較して、増幅した力を加えることができる。

　さらに、第２の長孔の長手軸に直交する合力成分により第２の長孔がその長手軸に直交する方向に押されることで、揺動軸線回りのモーメントが発生し、２つの把持片が相対的に揺動させられる。牽引力を増幅した合力を用いるので、小さい牽引力によっても大きなモーメントで２つの把持片を閉じる方向に揺動させ、強い力で組織等の対象物を把持することができる。

　上記態様においては、２つの前記把持片が閉じられた状態で、以下の条件式を満足してもよい。
　ｃｏｓα／ｓｉｎθ＞１
　ここで、θは、前記第１の長孔の長手軸と前記第２の長孔の長手軸とのなす角度、αは、前記回転軸線と前記揺動軸線とを結ぶ線分と、前記第２の長孔の長手方向とのなす角度である。

　このようにすることで、回転軸線に加えられる合力をさらに増幅した成分の力を回転軸線と揺動軸線とを結ぶ線分に直交する方向に加えることができ、牽引プーリによる牽引力の増幅と相俟って、大きなモーメントで２つの把持片を閉じる方向に相対的に揺動させることができる。

　また、上記態様においては、前記回転軸線と前記揺動軸線とを結ぶ線分と、前記第２の長孔の長手軸とのなす角度が９０°より小さくてもよい。
　このようにすることで、特異点に入ることなく、常に閉じる方向のモーメントを発生させることができる。

　また、上記態様においては、前記第１の長孔が、前記ベース部材の幅方向の略中央に、該ベース部材の長手軸に平行に設けられていてもよい。
　このようにすることで、第１の長孔の長手軸に沿って移動する牽引プーリをベース部材の幅方向の略中央に配置することができ、把持機構を細径化することができる。

　また、上記態様においては、前記揺動軸線が、前記第１の長孔の長手軸の先端側への延長線と、前記第２の長孔の長手軸の先端側への延長線との間に配置されていてもよい。
　このようにすることで、揺動軸線が第１の長孔の長手軸の延長線に対して第２の長孔の長手軸の延長線方向にオフセットしていることにより、２つの把持片の開き角度を大きくすることができる。また、揺動軸線が第２の長孔の長手軸の延長線に近接することにより、２つの把持片を相対的に閉じるモーメントを大きくすることができる。

　また、上記態様においては、前記ワイヤが、前記牽引プーリに１周以上巻き掛けられていてもよい。
　このようにすることで、牽引プーリにおけるワイヤの周回数が多くなればなるほど、牽引プーリにかかる張力の合力を増大させることができる。

　また、上記態様においては、２つの前記把持片が、それぞれ前記ベース部材に、前記揺動軸線回りに揺動可能に支持され、各把持片に設けられた前記第２の長孔が、前記第１の長孔の長手軸に対して逆方向に傾斜して設けられていてもよい。
　このようにすることで、ワイヤに一方向の牽引力を加えることにより、２つの把持片に逆方向のモーメントを加えることができ、両把持片を同時に揺動させて、対象物を把持することができる。

　また、本発明の他の態様は、上記いずれかの把持機構と、該把持機構に接続され前記牽引力を発生する駆動部とを備える把持具である。
　本態様によれば、駆動部を作動させて牽引力を発生することにより、より小さい牽引力で２つの把持片を相対的に閉じることができる。

　本発明によれば、簡易な機構によって把持力をさらに増大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。 本発明の第１の実施形態に係る把持機構の２つの把持片を開いた状態を示す縦断面図である。 図２の把持機構の２つの把持片を閉じた状態を示す縦断面図である。 図３の状態において牽引プーリに係る合力および第２の把持片を揺動させるモーメントを説明する図である。 図２の把持機構の変形例の２つの把持片を開いた状態を示す縦断面図である。 図５の把持機構の２つの把持片を閉じた状態を示す縦断面図である。 図２の把持機構の他の変形例の２つの把持片を開いた状態を示す縦断面図である。 図７の把持機構の２つの把持片を閉じた状態を示す縦断面図である。

　以下、本発明の第１の実施形態に係る把持機構３および該把持機構３を備える把持具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、生体組織等の対象物を把持する際に使用される医療器具である。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と、該胴部２の先端に設けられた把持機構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。

　本実施形態に係る把持機構３は、図２および図３に示されるように、胴部２に固定された第１の把持片５と、該第１の把持片５に、胴部２の長手軸に直交する揺動軸線Ａ１回りに揺動可能に連結された第２の把持片６と、該第２の把持片６に、揺動軸線Ａ１に平行な回転軸線Ａ２回りに回転可能に支持された牽引プーリ７と、該牽引プーリ７に巻き掛けられたワイヤ８とを備えている。図２は、第１の把持片５に対して第２の把持片６が閉じた閉状態を示している。

　第１の把持片５は先端側に第１の把持面５ａを有し、第２の把持片６は先端側に第２の把持面６ａを有している。第１の把持片５および第２の把持片６は、それぞれ、胴部２の長手軸に沿う方向に、把持面５ａ，６ａどうしを対向させて配置されている。

　第２の把持片６を第１の把持片５に揺動可能に連結する揺動軸線Ａ１は、第１の把持面５ａおよび第２の把持面６ａよりも基端側に配置されている。第２の把持片６が揺動軸線Ａ１回りに揺動することによって、第１の把持片５および第２の把持片６の先端側が開閉するようになっている。

　牽引プーリ７は、該牽引プーリ７の回転軸線Ａ２と同軸のシャフト９によって、第２の把持片６の揺動軸線Ａ１よりも基端側に回転可能に支持されている。
　第１の把持片５が固定された胴部２には、前後方向に延びる長手軸を有する第１の長孔１０が設けられ、第２の把持片６には、第１の長孔１０の長手軸１０ａに対して傾斜する長手軸１１ａを有する第２の長孔１１が設けられている。シャフト９は、２つの長孔１０，１１の交差位置において両長孔１０，１１を貫通するように配置されている。

　ワイヤ８は、胴部２の内部に長手方向に配線され、先端部が、牽引プーリ７の先端側の外周面に約半周巻き掛けられた後、回転軸線Ａ２よりも基端側の胴部２に先端が固定されている。ワイヤ８の基端は、駆動部４に接続されている。

　牽引プーリ７に略半周にわたって巻き掛けられ、牽引プーリ７の接線方向２方向に延びるワイヤ８の部分は、互いに略平行に配置されている。
　駆動部４は、ワイヤ８の基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８を基端側へ牽引してワイヤ８に張力を発生させるようになっている。

　本実施形態においては、図４に示されるように、胴部２に設けられた第１の長孔１０が胴部２の幅方向の略中心に、胴部２の長手方向に沿って直線状に設けられている。
　また、第１の長孔１０の長手軸１０ａと、第２の長孔１１の長手軸１１ａとのなす角度θ、および、揺動軸線Ａ１と回転軸線Ａ２とを結ぶ線分Ｑと第２の長孔１１の長手軸１１ａとのなす角度αが、以下の関係式を満足している。
　ｃｏｓα／ｓｉｎθ＞１　　　　　（１）

　このように構成された本実施形態に係る把持機構３および把持具１の作用について以下に説明する。
　本実施形態に係る把持具１によれば、駆動部４の作動によってワイヤ８が基端側へ牽引されると、ワイヤ８の各部には牽引力Ｆに略等しい張力が発生する。

　牽引プーリ７の回転軸線Ａ２を挟んで両側に略平行に配置されるワイヤ８の２つの部分にも、それぞれ、略等しい張力Ｔが発生するので、図３に示されるように、牽引プーリ７の回転軸線Ａ２には、張力Ｔの２倍の大きさの合力Ｓが作用する。したがって、これによって牽引力が２倍に増幅される。

　ここで、合力Ｓの内、第２の長孔１１の長手軸１１ａに直交する合力成分Ｓ１が第１の把持片５に対して第２の把持片６を揺動させる力となり、該合力成分Ｓ１の内、揺動軸線Ａ１と回転軸線Ａ２とを結ぶ線分Ｑに直交する直交成分Ｓ２と線分Ｑの大きさとの積が、第１の把持片５に対して第２の把持片６を揺動させるモーメントとなる。

　すなわち、合力成分Ｓ１は、
　Ｓ１・ｓｉｎθ＝Ｓ　　　　　（２）
と表すことができ、直交成分Ｓ２は、
　Ｓ２＝Ｓ１・ｃｏｓα　　　　（３）
と表すことができる。

　したがって、
　Ｓ２＞Ｓ　　　　　（４）
であれば、２つの長孔１０，１１の角度α，θと揺動軸線Ａ１との位置関係によって、合力Ｓを増幅した直交成分Ｓ２を生成することができる。

　式（２）および式（３）を式（４）に代入することにより、式（１）の関係を得ることができる。その結果、本実施形態に係る把持機構３は、牽引プーリ７の作用によって牽引力Ｆを２倍に増幅した合力Ｓを得ることができる上に、式（１）を満足しているので、合力Ｓをさらに増幅してモーメントを発生させることができるという利点がある。

　図３および図４に示す例では、矢印Ｂで示されるように、第２の把持片６には反時計回りのモーメントが作用し、第２の把持片６は第１の把持片５に対して、揺動軸線Ａ１回りに、反時計回りに揺動させられて、把持面５ａ，６ａどうしが閉じられる。これにより、図３に示されるように、第１の把持片５と第２の把持片６とを把持面５ａ，６ａどうしの間に組織を挟むことができる。

　この場合において、本実施形態に係る把持機構３によれば、牽引プーリ７および長孔１０，１１によって、ワイヤ８の基端に加えた牽引力Ｆの略２倍より大きく増幅された力で第２の把持片６を揺動させるモーメントを発生させることができる。すなわち、ワイヤ８の基端に小さな牽引力Ｆを加えても、大きな力で組織をしっかり把持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、揺動軸線Ａ１と回転軸線Ａ２とを結ぶ線分Ｑと第２の長孔１１の長手軸１１ａとのなす角度αは、第１の把持片５に対して第２の把持片６がいずれの揺動角度位置に配置されていても、α＜９０°であることが必要である。α＝９０°となる場合には、特異点となって、閉じる方向へのモーメントを発生できなくなる。
　常にα＜９０°となることにより、安定して閉じる動作を実現することができる。

　また、本実施形態に係る把持機構３によれば、牽引プーリ７を胴部２の幅方向の略中央に配置し、牽引プーリ７のスライド経路を規定する第１の長孔１０が胴部２の長手方向に沿って直線状に延びているので、把持具１の外径寸法の律則となる牽引プーリ７の外径寸法への影響を最小限に抑えて、把持具１の細径化を図ることができるという利点がある。

　また、本実施形態においては、図１から図４に示されるように、揺動軸線Ａ１が、第１の長孔１０の長手軸１０ａよりも第２の把持片６が第１の把持片５に閉じる側にオフセットして配置されている。これにより、第１の把持片５の揺動軸線Ａ１よりも第２の把持片６側の空間を確保でき、把持片５，６を開くためのワイヤ（図示略）やセンサ等の他の機器を配置するためのスペースを確保することができる。

　これに代えて、図５および図６に示されるように、揺動軸線Ａ１は、第１の長孔１０の長手軸１０ａよりも第２の把持片６が第１の把持片５に開く側にオフセットして配置されていてもよい。このようにすることで、図５に符号Δで示されるように、第１の把持片５に対する第２の把持片６の開き角度をオフセット分だけ増大させることができる。

　また、揺動軸線Ａ１は第１の長孔１０の長手軸１０ａの先端側への延長線と、揺動軸線Ａ１と回転軸線Ａ２とを結ぶ線分Ｑの先端側への延長線との間に配置されていることが好ましい。揺動軸線Ａ１が第１の長孔１０の長手軸１０ａの延長線に対して第２の長孔１１の長手軸１１ａの延長線方向にオフセットしていることにより、上述したように２つの把持片５，６の開き角度を大きくすることができ、揺動軸線Ａ１が第２の長孔１１の長手軸１１ａの延長線に近接することにより、２つの把持片５，６を相対的に閉じるモーメントを大きくすることができる。

　また、本実施形態においては、第１の把持片５を胴部２に固定し、第２の把持片６のみを揺動軸線Ａ１回りに揺動させる場合について説明したが、これに代えて、図７および図８に示されるように、第１の把持片５および第２の把持片６をいずれも胴部２に対して揺動軸線Ａ１回りに揺動可能に支持させることにしてもよい。
　この場合には、第１の把持片５および第２の把持片６の両方に、第１の長孔１０に対して傾斜する第２の長孔１１を設け、２つの把持片５，６の第２の長孔１１の長手軸１１ａを第１の長孔１０の長手軸１０ａに対して逆方向に傾斜させればよい。

　この場合においても、どちらの把持片５，６に設けられた第２の長孔１１も上述した式（１）の関係を満たすように配置されていることにより、ワイヤ８の基端側に加えた牽引力Ｆが、牽引プーリ７によって約２倍に増幅された合力Ｓを、さらに増幅してモーメントを発生させ、小さい牽引力Ｆを加えるだけで、２つの把持面５ａ，６ａの間に、強い把持力で組織等の対象物をしっかりと把持することができる。また、揺動角度を２つの把持片５，６に分担させることで、両把持片５，６の開き角度を大きく確保することができる。

　また、本実施形態においては、牽引プーリ７に巻き掛けられたワイヤ８の２つの部分が略平行となるように配置しているので、ワイヤ８にかける牽引力Ｆの２倍の力を牽引プーリ７に作用させることができるが、これに限定されるものではない。すなわち、ワイヤ８の２つの部分の相対角度が１２０°となるときに、張力Ｔの合力Ｓが牽引力Ｆと等しくなるので、ワイヤ８の２つの部分は１２０°より小さい角度をなしていれば、牽引力Ｆを増幅できるという利点がある。ただし、把持具１の細長い形状を達成するには、ワイヤ８の２つの部分は略平行に近い配置となるようにすることが好ましい。

　また、本実施形態においては、ワイヤ８を牽引プーリ７に略半周分だけ巻き掛けた場合を説明したが、例えば、回転軸線Ａ２に平行な回転軸線を有する図示しない折り返しプーリを配置して、牽引プーリ７と折り返しプーリとの間で１周以上巻き掛けることにしてもよい。これにより、牽引力Ｆをさらに増幅することができるという利点がある。

　１　把持具
　２　胴部（ベース部材）
　３　把持機構
　４　駆動部
　５　第１の把持片（把持片）
　６　第２の把持片（把持片）
　７　牽引プーリ
　８　ワイヤ
　１０　第１の長孔
　１０ａ，１１ａ　長手軸
　１１　第２の長孔
　Ａ１　揺動軸線
　Ａ２　回転軸線

Claims (8)

1. 　揺動軸線回りに相対的に揺動させられる２つの把持片と、
   　該把持片の少なくとも一方を先端部に揺動可能に支持するベース部材と、
   　前記揺動軸線に平行な回転軸線回りに回転可能に支持された牽引プーリと、
   　該牽引プーリに巻き掛けられ、一端がいずれかの前記把持片または前記ベース部材に固定され、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前記回転軸線を一方向に移動させる張力を作用させるワイヤとを備え、
   　前記牽引プーリは、前記回転軸線に作用する前記ワイヤの張力の合力が、前記牽引力より大きくなり、かつ、前記把持片を相対的に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配置され、
   　前記ベース部材に、先端から基端に向けて延びる第１の長孔が設けられ、
   　少なくとも一方の前記把持片に、前記揺動軸線に直交する平面に沿って前記第１の長孔の長手軸に対して一方向に傾斜する方向に延びる第２の長孔が設けられ、
   　前記回転軸線が、前記第１の長孔および前記第２の長孔の長手軸方向に沿って移動可能に設けられている把持機構。
2. 　２つの前記把持片が閉じられた状態で、以下の条件式を満足する請求項１に記載の把持機構。
   　ｃｏｓα／ｓｉｎθ＞１
   　ここで、
   　θは、前記第１の長孔の長手軸と前記第２の長孔の長手軸とのなす角度、
   　αは、前記回転軸線と前記揺動軸線とを結ぶ線分と、前記第２の長孔の長手方向とのなす角度
   である。
3. 　前記回転軸線と前記揺動軸線とを結ぶ線分と、前記第２の長孔の長手軸とのなす角度が９０°より小さい請求項１または請求項２に記載の把持機構。
4. 　前記第１の長孔が、前記ベース部材の幅方向の略中央に、該ベース部材の長手軸に平行に設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載の把持機構。
5. 　前記揺動軸線が、前記第１の長孔の長手軸の先端側への延長線と、前記第２の長孔の長手軸の先端側への延長線との間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把持機構。
6. 　前記ワイヤが、前記牽引プーリに１周以上巻き掛けられている請求項１から請求項５のいずれかに記載の把持機構。
7. 　２つの前記把持片が、それぞれ前記ベース部材に、前記揺動軸線回りに揺動可能に支持され、
   　各把持片に設けられた前記第２の長孔が、前記第１の長孔の長手軸に対して逆方向に傾斜して設けられている請求項１から請求項６のいずれかに記載の把持機構。
8. 　請求項１から請求項７のいずれかに記載の把持機構と、
   　該把持機構に接続され前記牽引力を発生する駆動部とを備える把持具。
    

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