WO2020021614A1 - 動力伝達機構および処置具 - Google Patents

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force
power
slope
end effector
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雅之 小林
紀明 山中
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Olympus Corp
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    • A61B2017/2937—Transmission of forces to jaw members camming or guiding means with flexible part

Definitions

  • the present invention relates to a power transmission mechanism and a treatment tool.
  • an end effector provided at the distal end and an operation unit provided at the base end are provided, and the power given to the operation unit by the operator is transmitted to the end effector to perform an operation such as opening and closing on the end effector.
  • a treatment tool to be performed is known (for example, see Patent Documents 1 and 2).
  • a power transmission member for transmitting power from the operation unit to the end effector a cable is used in Patent Literature 1, and a slider is used in Patent Literature 2.
  • the bending joint is provided on the base end side of the end effector
  • the friction between the power transmission member and the peripheral member increases, and the power transmitted to the power transmission member is increased. Loss occurs. Therefore, there is an inconvenience that the magnitude of the power transmitted to the end effector is not constant with respect to the amount of operation force given to the operation unit.
  • the end effector is a grasping forceps
  • the grasping force of the grasping forceps decreases with respect to the amount of operation force applied to the operation unit as the bending angle of the flexion joint increases.
  • power loss occurs in the power transmission member due to the bending of the curved portion or the flexible portion.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a power transmission mechanism and a treatment tool that can transmit power to an end effector with constant efficiency regardless of bending or bending of a joint. With the goal.
  • the present invention provides the following means.
  • One aspect of the present invention is provided in a treatment tool including an end effector arranged in order from the distal end side, a bendable or bendable joint, and a power generation unit that generates power, and the power generation unit transmits the power to the end effector.
  • a power transmission mechanism that transmits the power, connects the end effector and the power generation unit through the joint, and transmits the power to the end effector;
  • a force receiving portion provided on one of the member and a stationary member disposed around the driving member, the force receiving portion having a slope inclined with respect to a longitudinal axis of the driving member;
  • a movable member movably supported in an orthogonal direction perpendicular to an axis and slidable along the slope, and an urging portion for urging the movable member toward the slope in the orthogonal direction.
  • the slope generates a component force in a direction parallel to the longitudinal axis based on a biasing force of the biasing member received from the movable member, and the component force causes bending or bending of the joint portion.
  • a power transmission mechanism that increases in the same direction as the direction of the power as the displacement of the driving member in the direction along the longitudinal axis increases.
  • the power generated by the power generation unit is transmitted to the end effector by the driving member, so that the end effector performs a mechanical operation.
  • the drive member straddling the joint is also bent or curved, so that the drive member is displaced in the direction along the longitudinal axis with respect to the stationary member, and the power transmission efficiency is reduced. Occurs.
  • the biasing force of the biasing member acting on the slope of the force receiving portion from the movable member causes a component force having a magnitude corresponding to the magnitude of the biasing force and the inclination angle of the slope to act on the drive member.
  • the component force generated by the slope increases in the same direction as the direction of the power as the displacement of the drive member increases. Therefore, a decrease in the power transmission efficiency of the drive member can be favorably compensated for by an increase in the component force. Accordingly, power can be transmitted to the end effector with substantially constant efficiency regardless of the bending or bending of the joint.
  • the direction of the component force is opposite to the direction of the power, and may satisfy the following expression (1).
  • Fk1 is the magnitude of the urging force generated by the urging member when the joint is not bent or curved
  • ⁇ 1 is the magnitude of the movable member when the joint is not bent or curved
  • the angle of inclination of the slope at the contact point, Fk2 is the magnitude of the urging force generated by the urging member when the joint is bent or curved
  • ⁇ 2 is that the joint is bent or curved.
  • the magnitude of the component force When the direction of the component force is opposite to the direction of the power, the magnitude of the component force must be reduced by bending or bending the joint in order to compensate for the decrease in power transmission efficiency of the driving member due to bending or bending of the joint. There is.
  • the magnitude of the urging force and the inclination angle satisfy Expression (1), the magnitude of the component force when the joint is bent or curved is determined by the magnitude when the joint is not bent or curved. It can be smaller than the magnitude of the force.
  • the direction of the component force may be the same as the direction of the power, and may satisfy the following expression (2).
  • Fk1 is the magnitude of the urging force generated by the urging member when the joint is not bent or curved
  • ⁇ 1 is the magnitude of the movable member when the joint is not bent or curved
  • the angle of inclination of the slope at the contact point, Fk2 is the magnitude of the urging force generated by the urging member when the joint is bent or curved
  • ⁇ 2 is that the joint is bent or curved.
  • the magnitude of the component force in the state where the joint is bent or curved is determined by the magnitude in the state where the joint is not bent or curved. It can be larger than the magnitude of the force.
  • a release mechanism for releasing the urging of the movable member by the urging member may be provided.
  • the direction of the component force is the same as the direction of the power
  • the component force in the same direction as the direction of the power acts on the drive member even when no power is input to the drive member from the power generation unit.
  • the urging member is provided on the other of the driving member and the stationary member, and supports the movable member so as to be movable in the orthogonal direction, and the magnitude of the urging force is the movable member. May change according to the amount of displacement in the orthogonal direction. Since the amount of displacement of the movable member in the orthogonal direction changes according to the amount of displacement of the drive member in the direction along the longitudinal axis, the magnitude of the urging force changes according to the amount of displacement of the drive member. Therefore, the magnitude of the component force generated by the slope can be changed according to the amount of displacement of the drive member, and a decrease in the power transmission efficiency of the drive member can be better compensated for by increasing the component force.
  • the biasing member may be a spring that is elastically deformed by the displacement of the movable member in the orthogonal direction.
  • an inclination angle of the slope with respect to the longitudinal axis may change in a direction along the longitudinal axis.
  • the conversion efficiency from the urging force to the component force is determined by the inclination angle of the slope, and the greater the inclination angle, the greater the magnitude of the component force. Therefore, the magnitude of the component force can be changed by changing the inclination angle.
  • the inclination angle may change continuously and monotonously in a direction along the longitudinal axis.
  • an end effector, a bendable or bendable joint, and a power generating unit that generates power are arranged in order from the distal end side, and the power is transmitted from the power generating unit to the end effector.
  • a treatment tool comprising the power transmission mechanism according to any one of the above.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a treatment tool according to an embodiment of the present invention. It is the schematic of the treatment tool which shows the open state of the end effector. It is the schematic of the treatment tool which shows the closed state of the end effector. It is the schematic of a treatment tool which shows the holding state of the end effector. It is a figure explaining the displacement of the drive member by bending of a joint part, and has shown the state where the joint part is not bent (upper part), and the state where the joint part is bent (lower part). 6 is a graph showing a relationship between a bending angle of a joint and a displacement amount of a driving member.
  • FIG. 4 is a graph showing a relationship between a bending angle of a joint and a power transmission efficiency of a driving member and a power transmission mechanism as a whole.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an adjustment mechanism provided in a power transmission mechanism of the treatment tool in FIG. 1.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a component force generated on a slope of the adjustment mechanism in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the adjustment mechanism of FIG. 6, and shows a positional relationship between a slope and a movable member when the end effector is in an open state.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of the adjustment mechanism of FIG.
  • FIG. 7 is a view for explaining the operation of the adjustment mechanism of FIG. 6, and shows a positional relationship between the inclined surface and the movable member when the end effector is in a gripped state and the joint is bent.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a modification of a slope in the adjustment mechanism of FIG. 6. It is a figure explaining the component force which a slope of FIG. 9 produces
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a modification of the urging member of the adjustment mechanism in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another modification of the urging member of the adjustment mechanism in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another modification of the urging member of the adjustment mechanism in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a modification of the arrangement of the slope, the movable member, and the biasing member of the adjustment mechanism in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another modification of the urging member of the adjustment mechanism in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a modification of the adjustment mechanism of FIG. 6, illustrating a positional relationship between a slope and a movable member when the end effector is in a gripped state and the joint is not bent.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a modification of the adjustment mechanism of FIG.
  • FIG. 6 illustrating a positional relationship between the slope and the movable member when the end effector is in a gripped state and the joint is bent. It is a figure showing the example of composition of a release mechanism. It is the schematic of the modification of the treatment tool of FIG. 1 which shows the open state of the end effector. It is the schematic of the modification of the treatment tool of FIG. 1 which shows the closed state of the end effector. It is the schematic of the modification of the treatment tool of FIG. 1 which shows the holding state of the end effector.
  • FIG. 18B is a configuration diagram of an adjustment mechanism provided in the power transmission mechanism of the treatment tool of FIG.
  • FIG. 18A showing a positional relationship between the inclined surface and the movable member when the end effector is in a gripped state and the joint is not bent.
  • FIG. 18B is a configuration diagram of an adjustment mechanism provided in the power transmission mechanism of the treatment tool of FIG. 18A, showing a positional relationship between the inclined surface and the movable member when the end effector is in a gripped state and the joint is bent.
  • FIG. 19B is a diagram illustrating a modified example of the slope in the adjustment mechanism of FIG. 19A, illustrating a positional relationship between the slope and the movable member when the end effector is in a gripped state and the joint is not bent.
  • FIG. 19B is a diagram illustrating a modified example of the slope in the adjustment mechanism of FIG. 19A, illustrating a positional relationship between the slope and the movable member when the end effector is in a gripped state and the joint is bent.
  • the treatment tool 2 has an end effector 3, a joint 4, and a length extending along the longitudinal axis A, which are arranged in order from the distal end side along the longitudinal axis A. It has an insertion section 5 for a scale and an operation section (power generation section) 6.
  • the treatment tool 2 includes a power transmission mechanism 1 that transmits power from the operation unit 6 to the end effector 3.
  • the joint 4 can be bent around a bending axis B orthogonal to the longitudinal axis A.
  • the end effector 3 is a grasping forceps having a pair of grasping pieces 3a and 3b that can be opened and closed with each other, and can swing around a bending axis B by bending of the joint portion 4.
  • the end effector 3 is configured to be closed by a pressing force transmitted from the power transmission mechanism 1 toward the distal end and opened by a traction force transmitted from the power transmission mechanism 1 toward the proximal end. Therefore, the magnitude of the gripping force amount Fg generated by the end effector 3 is controlled by the pressing force Fout from the power transmission mechanism 1 (see FIG. 2C).
  • the end effector 3 is not limited to the grasping forceps, but may employ another type of end effector (for example, a knife) that performs a mechanical operation according to power.
  • the joint provided on the end effector 3 may be driven by the power from the power transmission mechanism 1.
  • the operation unit 6 is connected to the base end of the insertion unit 5.
  • the operation unit 6 includes a handle 6a for opening and closing the end effector 3, which is manually operated by an operator.
  • the operation unit 6 generates a pressing force when the handle 6a is operated in the closing direction, and generates a traction force when the handle 6a is operated in the opening direction.
  • the pressing force and the traction force are transmitted to a base end of a driving member 11 (described later) of the power transmission mechanism 1.
  • the handle 6a is an optional handle such as a lever type or a rotary type.
  • the operation section 6 includes another handle (not shown) for bending the joint section 4 manually operated by an operator.
  • the power transmission mechanism 1 includes a drive member 11 that transmits power from the operation unit 6 to the end effector 3 and an adjustment mechanism 12 that adjusts the magnitude of the power transmitted by the drive member 11. Have.
  • the driving member 11 is a long member arranged along the longitudinal axis A in the insertion section 5.
  • the drive member 11 extends from the end effector 3 to the operation section 6 through the joint section 4.
  • the distal end of the driving member 11 is connected to the end effector 3, and the proximal end of the driving member 11 is connected to the handle 6 a of the operation unit 6.
  • the drive member 11 is movable along the longitudinal axis A according to the pressing force and the traction force applied from the operation unit 6.
  • the driving member 11 is configured to be able to bend or bend at the joint portion 4 while transmitting power in the longitudinal direction with high efficiency.
  • the driving member 11 is formed of a plurality of links that are swingably connected to each other, or a flexible wire.
  • FIG. 2A shows the open state of the end effector 3
  • FIG. 2B shows the closed state of the end effector 3
  • FIG. 2C shows the gripping operation of the end effector 3. 2A to 2C, some components are not shown for simplicity.
  • the drive member 11 is pulled by the operation of the handle 6a in the opening direction C, the drive member 11 retreats to the base end side, and the end effector 3 is opened.
  • the drive member 11 is pressed by the operation of the handle 6a in the closing direction D, the drive member 11 advances to the distal end side, and the end effector 3 is closed.
  • the pair of gripping pieces 3a and 3b are in light contact with each other.
  • the opening and closing of the end effector 3 is performed by the movement of the driving member 11. Therefore, almost no force is required to operate the handle 6a for opening and closing the end effector 3.
  • the operation force Fop in the closing direction D is applied to the handle 6a in which the end effector 3 is closed.
  • a pressing force (power) Fin having a magnitude corresponding to the operation force Fop is input to the base end of the driving member 11, and a gripping force Fg having a magnitude corresponding to the pressing force Fin. Is generated between the pair of gripping pieces 3a and 3b.
  • the upper part shows a state in which the joint part 4 is not bent (a state in which the end effector 3 and the insertion part 5 are arranged in a straight line), and the lower part shows a state in which the joint part 4 is bent. Is shown.
  • the position of the base end of the driving member 11 when the joint 4 is not bent is defined as a reference position.
  • the power transmission efficiency of the drive member 11 decreases as the bending angle of the joint 4 increases, as shown in FIG. This is because a loss occurs in power transmitted to the driving member 11 due to an increase in friction between the bent (or curved) driving member 11 and a peripheral member. Further, the bending of the links constituting the driving member 11 causes a loss of a power component in a direction orthogonal to the longitudinal axis A in accordance with the angle between the links.
  • the adjustment mechanism 12 includes a force receiving portion 13 provided on the driving member 11 and having a slope 13a, a movable member 14 slidable along the slope 13a, and a movable member 14 And a compression spring (biasing member) 15 for urging toward the front end.
  • the adjusting mechanism 12 generates a component force Fc from the elastic force Fk of the compression spring 15 by the slope 13a, as shown in FIG. By combining the component force Fc with the pressing force Fin, the pressing force Fout output from the driving member 11 to the end effector 3 is adjusted.
  • the force receiving portion 13 is a slit formed on the side surface of the driving member 11 and extending in the longitudinal direction.
  • the slit 13 has a depth in the width direction of the driving member 11 orthogonal to the longitudinal axis A.
  • the movable member 14 is arranged in the slit 13, and moves in the slit 13 along the longitudinal axis A in accordance with the longitudinal movement of the driving member 11 in the opening / closing operation and the gripping operation of the end effector 3.
  • the slope 13 a is a part of the bottom surface of the slit 13.
  • the slope 13a is inclined with respect to the longitudinal axis A in a direction in which the slope 13a is gradually displaced outward in the width direction from the distal side toward the proximal side, and the base end of the slope 13a is located outside the distal end of the slope 13a in the width direction. I have.
  • the inclination angle ⁇ of the slope 13a with respect to the longitudinal axis A is constant.
  • the movable member 14 is, for example, a cylindrical pin.
  • the compression spring 15 is disposed between the movable member 14 and the stationary member 16. One end of the compression spring 15 is fixed to the movable member 14, and the other end of the compression spring 15 is fixed to the stationary member 16.
  • the stationary member 16 is a member arranged around the driving member 11, and is fixed to the insertion section 5 and the operation section 6.
  • the compression spring 15 can expand and contract in the width direction of the driving member 11. Therefore, the movable member 14 is supported by the stationary member 16 so as to be movable in the width direction by the compression spring 15.
  • the compression spring 15 is compressed when the movable member 14 is located on the slope 13a, and generates an elastic force Fk according to the amount of compression.
  • the direction of the component force Fc is opposite to the direction of the pressing force Fin.
  • FIG. 8A shows the positional relationship between the drive member 11 and the movable member 14 when the end effector 3 is in the open state.
  • FIGS. 8B and 8C show the positional relationship between the drive member 11 and the movable member 14 when the end effector 3 is disposed in a gripped state.
  • FIG. 8B shows a state in which the joint 4 is not bent
  • FIG. 8C shows a state in which the joint 4 is bent.
  • the movable member 14 In the process of closing the end effector 3 from the open state to the closed state, the movable member 14 is displaced in the direction approaching the stationary member 16 along the slope 13a by the movement of the drive member 11 toward the distal end, and the compression spring 15 is moved. Compressed. Therefore, when the end effector 3 is in the gripping state, the movable member 14 is located on the slope 13 a, and a component force Fc based on the elastic force Fk of the compression spring 15 acts on the drive member 11.
  • the compression amount of the compression spring 15 is ⁇ x 0
  • the elastic force Fk is k ⁇ ⁇ x 0
  • k is a spring constant of the compression spring 15.
  • the pressing force Fout is Fin ⁇ k ⁇ ( ⁇ x 0 ⁇ x d ) ⁇ tan ⁇ .
  • the magnitude of the component force Fc is reduced, Fout increases by k ⁇ ⁇ x d ⁇ tan ⁇ .
  • the displacement amount d of the drive member 11 is large, the displacement amount [Delta] x d of the movable member 14 in a direction away from the stationary member 16 increases, the magnitude of the component force Fc becomes small. That is, as shown in FIG. 5, as the bending angle and the displacement d of the joint 4 are larger, the component force Fc increases in the same direction as the direction of the pressing force Fin.
  • the insertion part 5 is inserted into the body, the end effector 3 at the distal end is arranged near the affected part, and the bending part of the operation part 6 is operated.
  • the posture of the end effector 3 with respect to the affected part is adjusted by operating the handle to bend the joint part 4.
  • the end effector 3 is opened by operating the handle 6a in the opening direction, and the affected part is arranged between the pair of gripping pieces 3a, 3b.
  • the affected part is sandwiched between the pair of gripping pieces 3a and 3b.
  • a gripping force Fg is generated between the pair of gripping pieces 3a and 3b by applying a closing operation force Fop to the handle 6a. That is, the pressing force Fin corresponding to the operation force amount Fop is transmitted from the operation unit 6 to the end effector 3 via the driving member 11.
  • the pair of gripping pieces 3a and 3b strongly grip the affected part with a gripping force Fg of a magnitude corresponding to the operating force Fop.
  • the power transmission efficiency of the entire power transmission mechanism 1 can be maintained substantially constant regardless of the bending angle of the joint 4. That is, irrespective of the bending angle of the joint 4, the relationship between the operation force Fop applied to the handle 6a and the gripping force Fg of the end effector 3 is maintained substantially constant. Thereby, there is an advantage that the operator can accurately control the gripping force Fg by the operating force Fop applied to the handle 6a.
  • the adjustment mechanism 12 has a simple configuration including a combination of the slope 13a, the movable member 14, and the compression spring 15.
  • Such an adjusting mechanism 12 has an advantage that a component force Fc can be applied to the drive member 11 without affecting the design and operation of the drive member 11 and the handle 6a for operating the same. Further, there is an advantage that the design and assembly of the adjustment mechanism 12 for generating the desired component force Fc are easy.
  • the bottom portion 13b of the slit 13 in which the movable member 14 slides during the opening and closing operation of the end effector 3 is preferably substantially parallel to the longitudinal direction of the driving member 11, and the compression spring is opened and closed during the opening and closing operation of the end effector 3. It is preferable that the length and the like of the compression spring 15 be designed so that the compression amount of the compression spring 15 becomes zero. Accordingly, it is possible to prevent the elastic force Fk from acting on the drive member 11 from the movable member 14 during the opening / closing operation of the end effector 3.
  • the slope 13a is a plane having a constant inclination angle ⁇ , but instead, as shown in FIG. 9, the slope 13a is a curved surface, and the inclination angle ⁇ is a longitudinal axis. It may change continuously and monotonously in the direction along A.
  • the component force Fc is set according to changes in both the elastic force Fk and the inclination angle ⁇ . Therefore, the magnitude of the component force Fc changes nonlinearly according to the displacement d of the drive member 11, and the rate of change of the pressing force Fout changes.
  • the elastic force Fk and the inclination angle ⁇ of the compression spring 15 satisfy the following expression (1).
  • Fk1 is the magnitude of the elastic force generated by the compression spring 15 when the end effector 3 is in the gripped state and the joint 4 is not bent.
  • ⁇ 1 is the inclination angle of the slope 13a at the contact point with the movable member 14 when the end effector 3 is in the gripped state and the joint 4 is not bent.
  • Fk2 is the magnitude of the elastic force generated by the compression spring 15 when the end effector 3 is in the gripping state and the joint 4 is bent.
  • ⁇ 2 is the inclination angle of the slope 13a at the contact point with the movable member 14 when the end effector 3 is in the gripping state and the joint 4 is bent.
  • the inclination angle ⁇ and the amount of compression of the compression spring 15 are designed such that the change rate of the component force Fc becomes a desired change rate.
  • the rate of decrease in the power transmission efficiency of the driving member 11 increases as the bending angle of the joint 4 increases. Therefore, it is preferable that the inclination angle ⁇ is designed such that the larger the displacement d of the driving member 11 is, the larger the change rate of the component force Fc is.
  • the inclination angle ⁇ gradually decreases from the base end side toward the front end side.
  • the shape of the slope 13a is preferably a logarithmic curve.
  • the elastic force of the compression spring 15 is used as the urging force for urging the movable member 14, but a force generated by another member may be used instead.
  • 11 to 13 show modified examples of the urging member.
  • the biasing member is a pair of magnets 151 and 152 that are arranged on the same side as the movable member 14 with respect to the slope 13a and generate repulsive forces mutually.
  • One magnet 151 is fixed to the stationary member 16, and the other magnet 152 is fixed to the movable member 14.
  • the repulsive force between the pair of magnets 151 and 152 is the urging force Fk.
  • the distance between the magnets 151 and 152 changes according to the displacement amount d, and the magnitude of the repulsive force Fk changes.
  • the biasing member is a tension spring 153 arranged on the side opposite to the movable member 14 with respect to the slope 13a.
  • the elastic force of the tension spring 153 is the urging force Fk.
  • the amount of tension of the tension spring 153 changes according to the amount of displacement d, and the magnitude of the elastic force Fk changes.
  • the biasing members are a pair of magnets 154 and 155 that are arranged on the opposite side of the inclined surface 13a from the movable member 14 and generate mutual attraction.
  • One magnet 155 is fixed to the stationary member 16, and the other magnet 154 is fixed to the movable member 14.
  • the attractive force between the pair of magnets 154 and 155 is the urging force Fk.
  • the distance between the magnets 154 and 155 changes according to the displacement amount d, and the magnitude of the attraction force Fk changes.
  • the force receiving portion 13 having the slope 13 a is provided on the driving member 11, and the movable member 14 is supported by the stationary member 16 by the compression spring 15.
  • the movable member 14 may be supported by the drive member 11 by the compression spring 15, and the force receiving portion 13 may be formed on the stationary member 16.
  • the urging force Fk generated by the urging member 15 changes according to the displacement d.
  • the urging force Fk may be constant regardless of the displacement d.
  • a constant load spring 156 may be used as the biasing member.
  • the slope 13a is a curved surface in which the inclination angle ⁇ monotonously changes.
  • the adjusting mechanism 12 generates the component force Fc in the direction opposite to the direction of the pressing force Fin, but instead, the component force in the same direction as the direction of the pressing force Fin. Fc may be generated.
  • the slope 13 a may be inclined with respect to the longitudinal axis A in a direction of gradually displaced inward in the width direction from the distal side toward the proximal side.
  • the pressing force Fout is Fin + k ⁇ ⁇ x 0 ⁇ tan ⁇ as shown in FIG. 16A.
  • the driving member 11 is displaced by the displacement amount d, so that the compression amount of the compression spring 15 becomes ⁇ x d Only increase. Therefore, the pressing force Fout is Fin + k ⁇ ( ⁇ x 0 + ⁇ x d ) ⁇ tan ⁇ .
  • the pressing force Fout is larger than the case where the direction of the component force Fc is opposite to the direction of the pressing force Fin. Therefore, a larger gripping force Fg can be obtained.
  • FIGS. 16A and 16B when the direction of the component force Fc is the same as the direction of the pressing force Fin, the operating force Fop is applied to the handle 6a to increase the component force Fc, and then the component force Fc is driven. This prevents the member 11 from retreating. Therefore, a large amount of force is required to operate the handle 6a for shifting the end effector 3 from the gripping state to the closed state or the open state.
  • FIG. 17 shows an example of the release mechanism.
  • the stationary member 16 is swingable, and is connected to other surrounding members 18 by a leaf spring 17. When the leaf spring 17 is pressed, the connection of the leaf spring 17 to another member 18 is released, the stationary member 16 swings by the elastic force of the compression spring 15, and the compression spring 15 returns to its natural state.
  • the closing operation and the gripping operation of the end effector 3 are performed by the pressing force.
  • the closing operation and the gripping operation are performed by the traction force (power) Fin. It may be configured as follows.
  • the operation unit 6 generates a pressing force when the handle 6a is operated in the opening direction C, and generates a traction force when the handle 6a is operated in the closing direction D.
  • the slope 13a may be formed so as to generate a component force Fc in the direction opposite to the direction of the traction force Fin, as shown in FIGS. 20A and 20B.
  • the compression amount of the compression spring 15 and the elastic force Fk increase. Therefore, as the displacement d increases, the component force Fc increases in the same direction as the direction of the traction force Fin (that is, the magnitude of the component force Fc decreases).
  • the curved surface changes monotonically, and satisfies the following expression (1). Fk1 ⁇ tan ⁇ 1> Fk2 ⁇ tan ⁇ 2 (1)
  • the joint portion 4 having one bending axis B is provided, but the specific form of the joint portion 4 is not limited to this, and intersects the longitudinal axis of the insertion portion 5.
  • Other forms of articulation that can bend or bend in the direction may be employed.
  • the joint may be a curved portion having a plurality of bending axes arranged in parallel with each other along the longitudinal axis A and capable of bending with a relatively large radius of curvature. Department.
  • the joint portion may be a flexible insertion portion 5, and the adjusting mechanism 12 may be configured to generate a component force according to a bending angle of the insertion portion 5 in the body.
  • the path length of the driving member 11 such as a wire passing through the insertion portion 5 changes, and the driving member 11 is displaced in the longitudinal direction. Therefore, for example, by providing the adjusting mechanism 12 at the base end portion of the insertion portion 5 that is arranged outside the body, the power transmission efficiency of the driving member 11 accompanying the bending of the insertion portion 5 according to the displacement of the driving member 11 The decrease can be compensated for by the component force generated by the adjustment mechanism 12.
  • the operation unit 6 that generates power by manual operation by the operator is provided, but instead, a drive unit that generates power by an electric motor may be employed as the power generation unit.
  • a drive unit that generates power by an electric motor may be employed as the power generation unit.
  • an operation signal for moving the end effector 3 is input by an operator to an operation input device (not shown) separate from the treatment tool 2.
  • the operation signal is transmitted from the operation input device to the driving unit, and the electric motor generates power corresponding to the operation signal, and the power is input to the driving member 11 from the electric motor.

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Abstract

動力伝達機構は、関節部を通過してエンドエフェクタと動力発生部とを接続する長尺の駆動部材（１１）と、駆動部材（１１）および駆動部材（１１）の周囲の静止部材（１６）の一方に設けられ、駆動部材（１１）の長手軸に対して傾斜する斜面（１３ａ）を有する力受部（１３）と、駆動部材（１１）および静止部材（１６）の他方に長手軸の直交方向に移動可能に支持され、斜面（１３ａ）に沿って摺動可能である可動部材（１４）と、可動部材（１４）を斜面（１３ａ）に向かって直交方向に付勢する付勢部材（１５）とを備え、斜面（１３ａ）が、関節部の屈曲または湾曲に伴う駆動部材（１１）の長手軸に沿う方向の変位量が大きい程、動力の向きと同一方向に増大する分力（Ｆｃ）を発生させる。

Description

動力伝達機構および処置具
　本発明は、動力伝達機構および処置具に関するものである。
　従来、先端に設けられたエンドエフェクタと、基端に設けられた操作部とを備え、操作者によって操作部に与えられた動力をエンドエフェクタに伝達して該エンドエフェクタに開閉のような動作を行わせる処置具が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。操作部からエンドエフェクタに動力を伝達する動力伝達部材として、特許文献１ではケーブルを使用し、特許文献２ではスライダ部を使用している。
特開２０１３－２４０６１２号公報 特開２００９－２６１９１１号公報
　しかしながら、エンドエフェクタの基端側に屈曲関節が設けられている構成において、屈曲関節が屈曲したときに、動力伝達部材と周辺部材との間の摩擦が増大して動力伝達部材を伝達する動力に損失が生じる。そのため、操作部に与えられた操作力量に対してエンドエフェクタに伝達される動力の大きさが一定にならないという不都合がある。例えば、エンドエフェクタが把持鉗子である場合には、屈曲関節の屈曲角度が大きい程、操作部に与えられる操作力量に対して把持鉗子の把持力が低下する。屈曲関節に限らず、円弧状に湾曲可能な湾曲部や可撓性を有する軟性部を備える処置具においても、湾曲部または軟性部の湾曲に伴い、動力伝達部材において動力の損失が生じる。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、関節部の屈曲または湾曲に関わらず一定の効率で動力をエンドエフェクタへ伝達することができる動力伝達機構および処置具を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明の一態様は、先端側から順に配列されたエンドエフェクタ、屈曲または湾曲可能な関節部、および動力を発生する動力発生部を備える処置具に設けられ、前記動力発生部から前記エンドエフェクタに前記動力を伝達する動力伝達機構であって、前記関節部を通過して前記エンドエフェクタと前記動力発生部とを接続し、前記動力を前記エンドエフェクタに伝達する長尺の駆動部材と、該駆動部材および該駆動部材の周囲に配置された静止部材の一方に設けられ、前記駆動部材の長手軸に対して傾斜する斜面を有する力受部と、前記駆動部材および前記静止部材の他方に前記長手軸に直交する直交方向に移動可能に支持され、前記斜面に沿って摺動可能である可動部材と、該可動部材を前記斜面に向かって前記直交方向に付勢する付勢部材とを備え、前記斜面が、前記可動部材から受ける前記付勢部材の付勢力に基づいて前記長手軸に平行な方向の分力を発生させ、該分力は、前記関節部の屈曲または湾曲に伴う前記駆動部材の前記長手軸に沿う方向の変位量が大きい程、前記動力の向きと同一方向に増大する動力伝達機構である。
　本態様によれば、動力発生部が発生した動力が駆動部材によってエンドエフェクタに伝達されることで、エンドエフェクタが機械的動作を行う。関節部が屈曲または湾曲したときに、関節部を跨ぐ駆動部材も屈曲または湾曲することで、駆動部材には、静止部材に対して長手軸に沿う方向の変位が生じるとともに、動力伝達効率の低下が生じる。
　一方、可動部材から力受部の斜面に作用する付勢部材の付勢力によって、駆動部材には、付勢力の大きさおよび斜面の傾斜角度に応じた大きさの分力が作用する。斜面が発生させる分力は、駆動部材の変位量が大きい程、動力の向きと同一方向に増大する。したがって、駆動部材の動力伝達効率の低下を分力の増大によって良好に補うことができる。これにより、関節部の屈曲または湾曲に関わらずに略一定の効率で動力をエンドエフェクタへ伝達することができる。
　上記態様においては、前記分力の向きが、前記動力の向きとは反対であり、下式（１）を満たしていてもよい。
　Ｆｋ１×ｔａｎθ１＞Ｆｋ２×ｔａｎθ２　　…（１）
　ただし、Ｆｋ１は、前記関節部が屈曲または湾曲していないときに前記付勢部材が発生させる前記付勢力の大きさ、θ１は、前記関節部が屈曲または湾曲していないときの前記可動部材との接点における前記斜面の傾斜角度、Ｆｋ２は、前記関節部が屈曲または湾曲しているときに前記付勢部材が発生させる前記付勢力の大きさ、θ２は、前記関節部が屈曲または湾曲しているときの前記可動部材との接点における前記斜面の傾斜角度である。
　分力の向きが動力の向きとは反対であるときには、関節部の屈曲または湾曲による駆動部材の動力伝達効率の低下を補うために、関節部の屈曲または湾曲によって分力の大きが減少する必要がある。付勢力の大きさおよび傾斜角度が式（１）を満たすことによって、関節部が屈曲または湾曲している状態での分力の大きさを、関節部が屈曲または湾曲していない状態での分力の大きさに比べて小さくすることができる。
　上記態様においては、前記分力の向きが、前記動力の向きと同一であり、下式（２）を満たしていてもよい。
　Ｆｋ１×ｔａｎθ１＜Ｆｋ２×ｔａｎθ２　　…（２）
　ただし、Ｆｋ１は、前記関節部が屈曲または湾曲していないときに前記付勢部材が発生させる前記付勢力の大きさ、θ１は、前記関節部が屈曲または湾曲していないときの前記可動部材との接点における前記斜面の傾斜角度、Ｆｋ２は、前記関節部が屈曲または湾曲しているときに前記付勢部材が発生させる前記付勢力の大きさ、θ２は、前記関節部が屈曲または湾曲しているときの前記可動部材との接点における前記斜面の傾斜角度である。
　分力の向きが動力の向きと同一であるときには、関節部の屈曲または湾曲による駆動部材の動力伝達効率の低下を補うために、関節部の屈曲または湾曲によって分力の大きが増大する必要がある。付勢力の大きさおよび傾斜角度が式（２）を満たすことによって、関節部が屈曲または湾曲している状態での分力の大きさを、関節部が屈曲または湾曲していない状態での分力の大きさに比べて大きくすることができる。
　上記態様においては、前記付勢部材による前記可動部材の付勢を解除する解除機構を備えていてもよい。
　分力の向きが動力の向きと同一であるときには、動力発生部から駆動部材に動力が入力されていない状態においても、動力の向きと同一方向の分力が駆動部材に作用する。解除機構によって付勢部材による可動部材の付勢を解除することによって、駆動部材に作用する分力を解放することができる。
　上記態様においては、前記付勢部材が、前記駆動部材および前記静止部材の前記他方に設けられ、前記可動部材を前記直交方向に移動可能に支持し、前記付勢力の大きさが、前記可動部材の前記直交方向の変位量に応じて変化してもよい。
　可動部材の直交方向の変位量は、駆動部材の長手軸に沿う方向の変位量に応じて変化するので、付勢力の大きさが駆動部材の変位量に応じて変化する。したがって、斜面が発生させる分力の大きさを、駆動部材の変位量に応じて変化させ、駆動部材の動力伝達効率の低下を分力の増大によってより良好に補うことができる。
　上記態様においては、前記付勢部材が、前記可動部材の前記直交方向の変位によって弾性変形するばねであってもよい。
　この構成によって、簡易な構造を用いて、駆動部材の変位量に応じて変化する付勢力を発生させることができる。
　上記態様においては、前記長手軸に対する前記斜面の傾斜角度が、前記長手軸に沿う方向に変化していてもよい。
　付勢力から分力への変換効率は斜面の傾斜角度によって決まり、傾斜角度が大きい程、分力の大きさは大きくなる。したがって、傾斜角度の変化によって分力の大きさを変化させることができる。
　上記態様においては、前記傾斜角度が、前記長手軸に沿う方向に連続的にかつ単調に変化していてもよい。
　この構成によって、駆動部材の変位量に応じて同一方向に漸次増大または減少する分力を、斜面によって発生させることができる。
　本発明の他の態様は、先端側から順に配列されたエンドエフェクタ、屈曲または湾曲可能な関節部、および動力を発生する動力発生部と、該動力発生部から前記エンドエフェクタに前記動力を伝達する上記いずれかに記載の動力伝達機構とを備える処置具である。
　本発明によれば、関節部の屈曲または湾曲に関わらず一定の効率で動力をエンドエフェクタへ伝達す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処置具の全体構成図である。 エンドエフェクタの開状態を示す処置具の概略図である。 エンドエフェクタの閉状態を示す処置具の概略図である。 エンドエフェクタの把持状態を示す処置具の概略図である。 関節部の屈曲による駆動部材の変位を説明する図であり、関節部が屈曲していない状態（上段）と関節部が屈曲している状態（下段）とを示している。 関節部の屈曲角度と駆動部材の変位量との関係を示すグラフである。 関節部の屈曲角度と、駆動部材および動力伝達機構全体の動力伝達効率との関係を示すグラフである。 図１の処置具の動力伝達機構が備える調整機構の構成図である。 図６の調整機構の斜面において発生する分力を説明する図である。 図６の調整機構の動作を説明する図であり、エンドエフェクタが開状態であるときの斜面と可動部材との位置関係を示している。 図６の調整機構の動作を説明する図であり、エンドエフェクタが把持状態であり関節部が屈曲していないときの斜面と可動部材との位置関係を示している。 図６の調整機構の動作を説明する図であり、エンドエフェクタが把持状態であり関節部が屈曲しているときの斜面と可動部材との位置関係を示している。 図６の調整機構における斜面の変形例を示す図である。 図９の斜面が発生させる分力を説明する図である。 図６の調整機構の付勢部材の変形例を示す図である。 図６の調整機構の付勢部材の他の変形例を示す図である。 図６の調整機構の付勢部材の他の変形例を示す図である。 図６の調整機構の斜面、可動部材および付勢部材の配置の変形例を示す図である。 図６の調整機構の付勢部材の他の変形例を示す図である。 図６の調整機構の変形例を示す図であり、エンドエフェクタが把持状態であり関節部が屈曲していないときの斜面と可動部材との位置関係を示している。 図６の調整機構の変形例を示す図であり、エンドエフェクタが把持状態であり関節部が屈曲しているときの斜面と可動部材との位置関係を示している。 解除機構の構成例を示す図である。 エンドエフェクタの開状態を示す図１の処置具の変形例の概略図である。 エンドエフェクタの閉状態を示す図１の処置具の変形例の概略図である。 エンドエフェクタの把持状態を示す図１の処置具の変形例の概略図である。 図１８Ａの処置具の動力伝達機構が備える調整機構の構成図であり、エンドエフェクタが把持状態であり関節部が屈曲していないときの斜面と可動部材との位置関係を示している。 図１８Ａの処置具の動力伝達機構が備える調整機構の構成図であり、エンドエフェクタが把持状態であり関節部が屈曲しているときの斜面と可動部材との位置関係を示している。 図１９Ａの調整機構における斜面の変形例を示す図であり、エンドエフェクタが把持状態であり関節部が屈曲していないときの斜面と可動部材との位置関係を示している。 図１９Ａの調整機構における斜面の変形例を示す図であり、エンドエフェクタが把持状態であり関節部が屈曲しているときの斜面と可動部材との位置関係を示している。
　本発明の一実施形態に係る動力伝達機構１および処置具２について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る処置具２は、図１に示されるように、先端側から長手軸Ａに沿って順に配置された、エンドエフェクタ３と、関節部４と、長手軸Ａに沿って延びる長尺の挿入部５と、操作部（動力発生部）６とを備えている。また、処置具２は、操作部６からエンドエフェクタ３に動力を伝達する動力伝達機構１を備えている。
　関節部４は、長手軸Ａに直交する屈曲軸Ｂ回りに屈曲可能である。エンドエフェクタ３は、相互に開閉可能な一対の把持片３ａ，３ｂを有する把持鉗子であり、関節部４の屈曲によって屈曲軸Ｂ回りに揺動可能である。エンドエフェクタ３は、動力伝達機構１から伝達される先端側に向かう押圧力によって閉じ、動力伝達機構１から伝達される基端側に向かう牽引力によって開くように構成されている。したがって、エンドエフェクタ３が発生する把持力量Ｆｇの大きさは、動力伝達機構１からの押圧力Ｆｏｕｔによって制御される（図２Ｃ参照。）。
　なお、エンドエフェクタ３は把持鉗子に限定されるものではなく、動力に従って機械的な動作を行う他の種類のエンドエフェクタ（例えば、ナイフ）を採用してもよい。あるいは、動力伝達機構１からの動力によってエンドエフェクタ３に設けられる関節部が駆動されるように構成されていてもよい。
　操作部６は、挿入部５の基端に接続されている。操作部６は、操作者によって手動操作されるエンドエフェクタ３の開閉操作用のハンドル６ａを備えている。操作部６は、ハンドル６ａが閉方向に操作されたときに押圧力を発生させ、開方向に操作されたときに牽引力を発生させる。押圧力および牽引力は、動力伝達機構１の駆動部材１１（後述）の基端部に伝達される。ハンドル６ａは、レバー式または回転式等の任意の形態のハンドルである。操作部６は、操作者によって手動操作される関節部４の屈曲操作用のもう１つのハンドル（図示略）を備えている。
　動力伝達機構１は、図１に示されるように、操作部６からエンドエフェクタ３へ動力を伝達する駆動部材１１と、駆動部材１１によって伝達される動力の大きさを調整する調整機構１２とを備えている。
　駆動部材１１は、挿入部５内に長手軸Ａに沿って配置された長尺の部材である。駆動部材１１は、関節部４を通過してエンドエフェクタ３から操作部６まで延びている。駆動部材１１の先端部はエンドエフェクタ３に接続され、駆動部材１１の基端部は操作部６のハンドル６ａに接続されている。駆動部材１１は、操作部６から加えられる押圧力および牽引力に従って長手軸Ａに沿って移動可能である。駆動部材１１は、動力を長手方向に高い効率で伝達可能でありつつ、関節部４において屈曲または湾曲可能に構成されている。例えば、駆動部材１１は、互いに揺動可能に連結された複数のリンク、または可撓性を有するワイヤからなる。
　図２Ａは、エンドエフェクタ３の開状態を示し、図２Ｂは、エンドエフェクタ３の閉状態を示し、図２Ｃは、エンドエフェクタ３の把持動作を示している。図２Ａから図２Ｃにおいて、図を簡略にするために、一部の構成の図示を省略している。
　図２Ａに示されるように、ハンドル６ａの開方向Ｃの操作によって駆動部材１１が牽引され、駆動部材１１が基端側へ後退し、エンドエフェクタ３が開く。図２Ｂに示されるように、ハンドル６ａの閉方向Ｄの操作によって駆動部材１１が押圧され、駆動部材１１が先端側へ前進し、エンドエフェクタ３が閉じる。図２Ｂの閉状態において、一対の把持片３ａ，３ｂは相互に軽く接触している。このように、エンドエフェクタ３の開閉は、駆動部材１１の移動によって行われる。したがって、エンドエフェクタ３の開閉動作のためのハンドル６ａの操作に、力量はほとんど不要である。
　一方、エンドエフェクタ３の把持動作において、エンドエフェクタ３が閉状態であるハンドル６ａに閉方向Ｄの操作力量Ｆｏｐが加えられる。これにより、図２Ｃに示されるように、操作力量Ｆｏｐに応じた大きさの押圧力（動力）Ｆｉｎが駆動部材１１の基端部に入力され、押圧力Ｆｉｎに応じた大きさの把持力量Ｆｇが一対の把持片３ａ，３ｂ間に発生する。
　次に、関節部４が屈曲軸Ｂ回りに屈曲したときの、駆動部材１１の動作および動力伝達効率について説明する。
　図３において、上段は、関節部４が屈曲していない状態（エンドエフェクタ３と挿入部５が直線上に一列に配置されている状態）を示し、下段は、関節部４が屈曲した状態を示している。関節部４が屈曲していない状態での駆動部材１１の基端の位置を基準位置と定義する。
　関節部４が屈曲軸Ｂ回りに屈曲したときに、駆動部材１１の基端が基準位置から基端側に変位する。これは、図３に示されるように、関節部４において屈曲または湾曲した駆動部材１１が径方向内側に変位することで関節部４における駆動部材１１の経路長が短くなるためである。駆動部材１１の変位量ｄは、図４に示されるように、関節部４の屈曲角度が大きい程、大きくなる。
　一方、動力伝達効率に関して、駆動部材１１の動力伝達効率は、図５に示されるように、関節部４の屈曲角度が大きい程、低下する。これは、屈曲（または湾曲）した駆動部材１１と周辺部材との間の摩擦が増大することで駆動部材１１を伝達する動力に損失が生じるためである。また、駆動部材１１を構成するリンクの屈曲により、リンク間の角度に応じて、長手軸Ａに直交する方向の動力の成分の損失が生じるためである。
　調整機構１２は、図６に示されるように、駆動部材１１に設けられ斜面１３ａを有する力受部１３と、斜面１３ａに沿って摺動可能である可動部材１４と、可動部材１４を斜面１３ａに向かって付勢する圧縮ばね（付勢部材）１５とを備えている。調整機構１２は、図７に示されるように、圧縮ばね１５の弾性力Ｆｋから斜面１３ａによって分力Ｆｃを発生さる。分力Ｆｃが押圧力Ｆｉｎに合成されることによって、駆動部材１１からエンドエフェクタ３に出力される押圧力Ｆｏｕｔが調整される。
　力受部１３は、駆動部材１１の側面に形成され長手方向に延びるスリットである。スリット１３は、長手軸Ａに直交する駆動部材１１の幅方向に深さを有している。可動部材１４は、スリット１３内に配置され、エンドエフェクタ３の開閉動作および把持動作における駆動部材１１の長手方向の移動に伴ってスリット１３内を長手軸Ａに沿う方向に移動する。
　斜面１３ａは、スリット１３の底面の一部である。斜面１３ａは、先端側から基端側に向かって幅方向外側に漸次変位する方向に長手軸Ａに対して傾斜し、斜面１３ａの基端は斜面１３ａの先端よりも幅方向外側に位置している。長手軸Ａに対する斜面１３ａの傾斜角度θは、一定である。
　可動部材１４は、例えば、円筒状のピンである。
　圧縮ばね１５は、可動部材１４と静止部材１６との間に配置され、圧縮ばね１５の一端は可動部材１４に固定され、圧縮ばね１５の他端は静止部材１６に固定されている。静止部材１６は、駆動部材１１の周囲に配置された部材であり、挿入部５および操作部６に対して固定されている。圧縮ばね１５は、駆動部材１１の幅方向に伸縮可能である。したがって、可動部材１４は、圧縮ばね１５によって幅方向に移動可能に静止部材１６に支持されている。
　圧縮ばね１５は、可動部材１４が斜面１３ａ上に位置するときに圧縮され、圧縮量に応じた弾性力Ｆｋを発生する。圧縮ばね１５の弾性力Ｆｋによって可動部材１４は斜面１３ａに向かって付勢され、可動部材１４から斜面１３ａに幅方向の弾性力Ｆｋが作用する。斜面１３ａは弾性力Ｆｋの方向に対して傾斜しているので、図７に示されるように、長手軸Ａに沿う方向の分力Ｆｃ＝Ｆｋ×ｔａｎθが発生する。分力Ｆｃの向きは、押圧力Ｆｉｎの向きとは反対である。
　図８Ａは、エンドエフェクタ３が開状態であるときの駆動部材１１と可動部材１４との位置関係を示している。図８Ｂおよび図８Ｃは、エンドエフェクタ３が把持状態に配置されているときの駆動部材１１と可動部材１４との位置関係を示している。図８Ｂは、関節部４が屈曲していない状態を示し、図８Ｃは、関節部４が屈曲している状態を示している。
　エンドエフェクタ３が開状態から閉状態に閉じる過程において、駆動部材１１が先端側へ移動することによって、可動部材１４は斜面１３ａに沿って静止部材１６に近接する方向に変位し、圧縮ばね１５が圧縮される。したがって、エンドエフェクタ３が把持状態であるとき、可動部材１４は斜面１３ａ上に位置し、駆動部材１１には、圧縮ばね１５の弾性力Ｆｋに基づく分力Ｆｃが作用する。
　関節部４が屈曲していないとき、図８Ｂに示されるように、圧縮ばね１５の圧縮量はΔｘ０であり、弾性力Ｆｋはｋ×Δｘ０であり、分力Ｆｃはｋ×Δｘ０×ｔａｎθである。したがって、調整機構１２による調整後の押圧力Ｆｏｕｔ（＝Ｆｉｎ－Ｆｃ）は、Ｆｉｎ－ｋ×Δｘ０×ｔａｎθとなる。ｋは、圧縮ばね１５のばね定数である。一方、関節部４が屈曲しているとき、図８Ｃに示されるように、駆動部材１１が基端側に変位量ｄだけ変位することによって、可動部材１４が静止部材１６から離間する方向にΔｘｄ＝ｄ×ｔａｎθだけ変位し、弾性力Ｆｋがｋ×Δｘｄだけ減り、分力Ｆｃの大きさがｋ×Δｘｄ×ｔａｎθだけ減る。したがって、押圧力ＦｏｕｔはＦｉｎ－ｋ×（Δｘ０－Δｘｄ）×ｔａｎθである。
　このように、関節部４の屈曲によって、分力Ｆｃの大きさが小さくなり、Ｆｏｕｔがｋ×Δｘｄ×ｔａｎθだけ増大する。駆動部材１１の変位量ｄが大きい程、静止部材１６から離間する方向への可動部材１４の変位量Δｘｄは大きくなり、分力Ｆｃの大きさは小さくなる。すなわち、図５に示されるように、関節部４の屈曲角度および変位量ｄが大きい程、分力Ｆｃは、押圧力Ｆｉｎの向きと同一方向に増大する。
　次に、このように構成された動力伝達機構１および処置具２の作用について説明する。
　本実施形態に係る処置具２を用いて患部の処置を行うためには、挿入部５を体内に挿入して先端のエンドエフェクタ３を患部の近傍に配置し、操作部６の屈曲操作用のハンドルを操作して関節部４を屈曲させることにより患部に対するエンドエフェクタ３の姿勢を調節する。
　次に、ハンドル６ａを開方向に操作してエンドエフェクタ３を開き、一対の把持片３ａ，３ｂの間に患部を配置する。次に、ハンドル６ａを閉方向に操作してエンドエフェクタ３を閉じることによって、患部を一対の把持片３ａ，３ｂの間に挟む。続いて、ハンドル６ａに閉方向の操作力量Ｆｏｐを加えることによって、一対の把持片３ａ，３ｂ間に把持力量Ｆｇを発生させる。すなわち、操作力量Ｆｏｐに相当する押圧力Ｆｉｎが操作部６から駆動部材１１を経由してエンドエフェクタ３に伝達される。一対の把持片３ａ，３ｂは、操作力量Ｆｏｐに相当する大きさの把持力量Ｆｇで患部を強く把持する。
　この場合に、関節部４が屈曲した状態においては、図５に示されるように、駆動部材１１の動力伝達効率が低下する。関節部４の屈曲角度が大きい程、駆動部材１１の動力伝達効率の低下量も大きくなる。
　その一方で、エンドエフェクタ３が把持状態であるときには、可動部材１４から斜面１３ａに圧縮ばね１５の弾性力Ｆｋが作用することによって、押圧力Ｆｉｎの向きとは反対の向きの分力Ｆｃが駆動部材１１に作用する。関節部４の屈曲角度および駆動部材１１の変位量ｄが大きい程、分力Ｆｃは、押圧力Ｆｉｎの向きと同一方向に増大する。
　すなわち、本実施形態によれば、関節部４の屈曲に伴う駆動部材１１の動力伝達効率の低下が分力Ｆｃの増大によって補われる。したがって、動力伝達機構１全体の動力伝達効率を、関節部４の屈曲角度に関わらず略一定に維持することができる。すなわち、関節部４の屈曲角度に関わらず、ハンドル６ａに与えられる操作力量Ｆｏｐとエンドエフェクタ３の把持力量Ｆｇとの間の関係が略一定に維持される。これにより、操作者は、ハンドル６ａに与える操作力量Ｆｏｐによって把持力量Ｆｇを正確に制御することができるという利点がある。
　また、調整機構１２は、斜面１３ａ、可動部材１４および圧縮ばね１５の組み合わせからなる単純な構成である。このような調整機構１２は、駆動部材１１およびこれを操作するハンドル６ａの設計および動作に影響を与えることなく、駆動部材１１に分力Ｆｃを作用させることができるという利点がある。また、所望の分力Ｆｃを発生させるための調整機構１２の設計および組み立てが容易であるという利点がある。
　エンドエフェクタ３の開閉動作中に可動部材１４が摺動するスリット１３の底面の部分１３ｂは、駆動部材１１の長手方向に略平行であることが好ましく、エンドエフェクタ３の開閉動作中には圧縮ばね１５の圧縮量がゼロになるように圧縮ばね１５の長さ等が設計されていることが好ましい。これにより、エンドエフェクタ３の開閉動作中に可動部材１４から駆動部材１１に弾性力Ｆｋが作用することを防止することができる。
　本実施形態においては、斜面１３ａが一定の傾斜角度θを有する平面であることとしたが、これに代えて、図９に示されるように、斜面１３ａが曲面であり、傾斜角度θが長手軸Ａに沿う方向に連続的にかつ単調に変化していてもよい。この場合、図１０に示されるように、分力Ｆｃは、弾性力Ｆｋおよび傾斜角度θの両方の変化に応じてする。したがって、駆動部材１１の変位量ｄに応じて分力Ｆｃの大きさは非線形に変化し、押圧力Ｆｏｕｔの変化率が変化する。
　変位量ｄによって分力Ｆｃの大きさを減少させるために、圧縮ばね１５の弾性力Ｆｋおよび傾斜角度θは、下式（１）を満足する。
　Ｆｋ１×ｔａｎθ１＞Ｆｋ２×ｔａｎθ２　　…（１）
　ただし、Ｆｋ１は、エンドエフェクタ３が把持状態であり関節部４が屈曲してないときに圧縮ばね１５が発生させる弾性力の大きさである。θ１は、エンドエフェクタ３が把持状態であり関節部４が屈曲してないときの可動部材１４との接点における斜面１３ａの傾斜角度である。Ｆｋ２は、エンドエフェクタ３が把持状態であり関節部４が屈曲しているときに圧縮ばね１５が発生させる弾性力の大きさである。θ２は、エンドエフェクタ３が把持状態であり関節部４が屈曲しているときの可動部材１４との接点における斜面１３ａの傾斜角度である。
　さらに、分力Ｆｃの変化率が所望の変化率となるように傾斜角度θおよび圧縮ばね１５の圧縮量が設計される。
　図５に示されるように、駆動部材１１の動力伝達効率の低下率は、関節部４の屈曲角度が大きい程、大きくなる。したがって、駆動部材１１の変位量ｄが大きい程、分力Ｆｃの変化率が大きくなるように、傾斜角度θが設計されていることが好ましい。図９および図１０の例の場合、傾斜角度θは、基端側から先端側に向かって漸次減少している。例えば、斜面１３ａの形状は、対数曲線状であることが好ましい。
　本実施形態においては、可動部材１４を付勢する付勢力として、圧縮ばね１５の弾性力を用いることとしたが、これに代えて、他の部材が発生する力を用いてもよい。
　図１１から図１３は、付勢部材の変形例を示している。
　図１１において、付勢部材は、斜面１３ａに対して可動部材１４と同一側に配置され相互に斥力を発生する一対の磁石１５１，１５２である。一方の磁石１５１は静止部材１６に固定され、他方の磁石１５２は可動部材１４に固定されている。一対の磁石１５１，１５２間の斥力が付勢力Ｆｋである。変位量ｄに応じて磁石１５１，１５２間の距離が変化し、斥力Ｆｋの大きさが変化する。
　図１２において、付勢部材は、斜面１３ａに対して可動部材１４とは反対側に配置された引っ張りばね１５３である。引っ張りばね１５３の弾性力が付勢力Ｆｋである。変位量ｄに応じて引っ張りばね１５３の引っ張り量が変化し、弾性力Ｆｋの大きさが変化する。
　図１３において、付勢部材は、斜面１３ａに対して可動部材１４とは反対側に配置され相互に吸引力を発生する一対の磁石１５４，１５５である。一方の磁石１５５は静止部材１６に固定され、他方の磁石１５４は可動部材１４に固定されている。一対の磁石１５４，１５５間の吸引力が、付勢力Ｆｋである。変位量ｄに応じて磁石１５４，１５５間の距離が変化し、吸引力Ｆｋの大きさが変化する。
　本実施形態においては、斜面１３ａを有する力受部１３が駆動部材１１に設けられ、可動部材１４が圧縮ばね１５によって静止部材１６に支持されていることとしたが、これに代えて、図１４に示されるように、可動部材１４が圧縮ばね１５によって駆動部材１１に支持され、力受部１３が静止部材１６に形成されていてもよい。
　このように、力受部１３および可動部材１４の配置が逆であっても、分力Ｆｃを駆動部材１１に作用させ、変位量ｄが大きい程、押圧力Ｆｉｎの向きと同一方向に分力Ｆｃを増大させることができる。
　本実施形態においては、付勢部材１５が発生させる付勢力Ｆｋが変位量ｄに応じて変化することしたが、これに代えて、付勢力Ｆｋが、変位量ｄに関わらず一定であってもよい。例えば、図１５に示されるように、付勢部材として、定荷重ばね１５６を用いてもよい。この場合には、変位量ｄに応じて分力Ｆｃを変化させるために、斜面１３ａは、傾斜角度θが単調に変化する曲面である。
　本実施形態においては、調整機構１２が、押圧力Ｆｉｎの向きとは反対の向きの分力Ｆｃを発生させることとしたが、これに代えて、押圧力Ｆｉｎの向きと同一の向きの分力Ｆｃを発生させてもよい。例えば、図１６Ａおよび図１６Ｂに示されるように、斜面１３ａが、先端側から基端側に向かって幅方向内側に漸次変位する方向に長手軸Ａに対して傾斜していてもよい。
　エンドエフェクタ３が把持状態であり関節部４が屈曲していないとき、図１６Ａに示されるように、押圧力Ｆｏｕｔは、Ｆｉｎ＋ｋ×Δｘ０×ｔａｎθとなる。一方、エンドエフェクタ３が把持状態であり関節部４が屈曲しているとき、図１６Ｂに示されるように、駆動部材１１が変位量ｄだけ変位することによって、圧縮ばね１５の圧縮量はΔｘｄだけ増大する。したがって、押圧力ＦｏｕｔはＦｉｎ＋ｋ×（Δｘ０＋Δｘｄ）×ｔａｎθである。このように、図１６Ａおよび図１６Ｂの変形例によれば、分力Ｆｃの向きが押圧力Ｆｉｎの向きとは反対である場合と比較して、押圧力Ｆｏｕｔが大きくなる。したがって、より大きな把持力量Ｆｇを得ることができる。
　図１６Ａおよび図１６Ｂのように、分力Ｆｃの向きが押圧力Ｆｉｎの向きと同一である場合、ハンドル６ａに操作力量Ｆｏｐを加えて分力Ｆｃを増大させた後、分力Ｆｃが、駆動部材１１の後退動作を妨げる。したがって、把持状態から閉状態または開状態へエンドエフェクタ３を移行させるためのハンドル６ａの操作に大きな力量を要する。このような不都合を解消するために、圧縮ばね１５による可動部材１４の付勢を解除する解除機構が設けられていることが好ましい。
　図１７は、解除機構の一例を示している。図１７の解除機構において、静止部材１６は揺動可能であり、板ばね１７によって周囲の他の部材１８に連結されている。板ばね１７が押圧されることによって、板ばね１７による他の部材１８との連結が解除され、静止部材１６が圧縮ばね１５の弾性力によって揺動し、圧縮ばね１５が自然状態に戻る。
　本実施形態においては、エンドエフェクタ３の閉動作および把持動作が押圧力によって行われることとしたが、これに代えて、図１８Ａから図１８Ｃに示されるように、牽引力（動力）Ｆｉｎによって行われるように構成されていてもよい。この場合、操作部６は、ハンドル６ａが開方向Ｃに操作されたときに押圧力を発生させ、ハンドル６ａが閉方向Ｄに操作されたときに牽引力を発生させる。
　図１８Ａから図１８Ｃの変形例において、牽引力Ｆｉｎの向きが、関節部４の屈曲による駆動部材１１の変位方向と同一であるため、図１９Ａおよび図１９Ｂに示されるように、変位量ｄが大きい程、圧縮ばね１５の弾性力Ｆｋは小さくなる。したがって、変位量ｄが大きい程、牽引力Ｆｉｎの向きと同一方向に分力Ｆｃを増大させる（すなわち、分力Ｆｃの大きさを増大させる）ために、斜面１３ａは、傾斜角度θが連続的にかつ単調に変化する曲面であり、下式（２）を満足する。
　Ｆｋ１×ｔａｎθ１＜Ｆｋ２×ｔａｎθ２　　…（２）
　図１８Ａから図１８Ｃの変形例において、斜面１３ａは、図２０Ａおよび図２０Ｂに示されるように、牽引力Ｆｉｎの向きとは反対の向きの分力Ｆｃを発生させるように形成されていてもよい。この場合、変位量ｄが大きい程、圧縮ばね１５の圧縮量および弾性力Ｆｋが増大する。したがって、変位量ｄが大きい程、牽引力Ｆｉｎの向きと同一方向に分力Ｆｃを増大させる（すなわち、分力Ｆｃの大きさを減少させる）ために、斜面１３ａは、傾斜角度θが連続的にかつ単調に変化する曲面であり、下式（１）を満足する。
　Ｆｋ１×ｔａｎθ１＞Ｆｋ２×ｔａｎθ２　　…（１）
　本実施形態においては、１つの屈曲軸Ｂを有する関節部４を備えることとしたが、関節部４の具体的な形態はこれに限定されるものではなく、挿入部５の長手軸に交差する方向に屈曲または湾曲可能である他の形態の関節部を採用してもよい。
　例えば、関節部は、長手軸Ａに沿う方向に配列し互いに平行な複数の屈曲軸を有し比較的大きな曲率半径で湾曲可能な湾曲部であってもよく、可撓性によって湾曲可能な湾曲部であってもよい。
　また、関節部が可撓性を有する挿入部５であり、体内での挿入部５の湾曲角度に応じて調整機構１２が分力を発生させるように構成されていてもよい。挿入部５が直線形状から湾曲形状に変形したときに、挿入部５内を通るワイヤのような駆動部材１１の経路長が変化して駆動部材１１が長手方向に変位する。したがって、例えば、挿入部５のうち体外に配置される基端部分に調整機構１２を設けることによって、駆動部材１１の変位に応じて、挿入部５の湾曲に伴う駆動部材１１の動力伝達効率の低下を調整機構１２が発生させる分力によって補うことができる。
　本実施形態においては、操作者による手動操作によって動力を発生する操作部６を備えることとしたが、これに代えて、電動モータによって動力を発生する駆動部を動力発生部として採用してもよい。例えば、エンドエフェクタ３を動かすための操作信号が操作者によって処置具２とは別体の操作入力装置（図示略）に入力される。操作信号は操作入力装置から駆動部に送信され、操作信号に対応する動力を電動モータが発生させ、電動モータから駆動部材１１に動力が入力される。
１　動力伝達機構
２　処置具
３　エンドエフェクタ
４　関節部
５　挿入部
６　操作部（動力発生部）
６ａ　ハンドル
１１　駆動部材
１２　調整機構
１３　力受部、スリット
１３ａ　斜面
１４　可動部材
１５　圧縮ばね（付勢部材）
１５１，１５２，１５４，１５５　磁石（付勢部材）
１５３　引っ張りばね（付勢部材）
１５６　定荷重ばね（付勢部材）
１６　静止部材
Ｆｃ　分力
Ｆｉｎ　押圧力、牽引力（動力）
Ｆｏｕｔ　押圧力、牽引力（動力）
Ｆｇ　把持力量
Ｆｏｐ　操作力量

Claims (9)

  1. 　先端側から順に配列されたエンドエフェクタ、屈曲または湾曲可能な関節部、および動力を発生する動力発生部を備える処置具に設けられ、前記動力発生部から前記エンドエフェクタに前記動力を伝達する動力伝達機構であって、
    　前記関節部を通過して前記エンドエフェクタと前記動力発生部とを接続し、前記動力を前記エンドエフェクタに伝達する長尺の駆動部材と、
    　該駆動部材および該駆動部材の周囲に配置された静止部材の一方に設けられ、前記駆動部材の長手軸に対して傾斜する斜面を有する力受部と、
    　前記駆動部材および前記静止部材の他方に前記長手軸に直交する直交方向に移動可能に支持され、前記斜面に沿って摺動可能である可動部材と、
    　該可動部材を前記斜面に向かって前記直交方向に付勢する付勢部材とを備え、
    　前記斜面が、前記可動部材から受ける前記付勢部材の付勢力に基づいて前記長手軸に平行な方向の分力を発生させ、該分力は、前記関節部の屈曲または湾曲に伴う前記駆動部材の前記長手軸に沿う方向の変位量が大きい程、前記動力の向きと同一方向に増大する動力伝達機構。
  2. 　前記分力の向きが、前記動力の向きとは反対であり、
    　下式（１）を満たす請求項１に記載の動力伝達機構。
    　Ｆｋ１×ｔａｎθ１＞Ｆｋ２×ｔａｎθ２　　…（１）
    　ただし、
    　Ｆｋ１は、前記関節部が屈曲または湾曲していないときに前記付勢部材が発生させる前記付勢力の大きさ、
    　θ１は、前記関節部が屈曲または湾曲していないときの前記可動部材との接点における前記斜面の傾斜角度、
    　Ｆｋ２は、前記関節部が屈曲または湾曲しているときに前記付勢部材が発生させる前記付勢力の大きさ、
    　θ２は、前記関節部が屈曲または湾曲しているときの前記可動部材との接点における前記斜面の傾斜角度
    である。
  3. 　前記分力の向きが、前記動力の向きと同一であり、
    　下式（２）を満たす請求項１に記載の動力伝達機構。
    　Ｆｋ１×ｔａｎθ１＜Ｆｋ２×ｔａｎθ２　　…（２）
    　ただし、
    　Ｆｋ１は、前記関節部が屈曲または湾曲していないときに前記付勢部材が発生させる前記付勢力の大きさ、
    　θ１は、前記関節部が屈曲または湾曲していないときの前記可動部材との接点における前記斜面の傾斜角度、
    　Ｆｋ２は、前記関節部が屈曲または湾曲しているときに前記付勢部材が発生させる前記付勢力の大きさ、
    　θ２は、前記関節部が屈曲または湾曲しているときの前記可動部材との接点における前記斜面の傾斜角度
    である。
  4. 　前記付勢部材による前記可動部材の付勢を解除する解除機構を備える請求項３に記載の動力伝達機構。
  5. 　前記付勢部材が、前記駆動部材および前記静止部材の前記他方に設けられ、前記可動部材を前記直交方向に移動可能に支持し、
    　前記付勢力の大きさが、前記可動部材の前記直交方向の変位量に応じて変化する請求項１から請求項４のいずれかに記載の動力伝達機構。
  6. 　前記付勢部材が、前記可動部材の前記直交方向の変位によって弾性変形するばねである請求項５に記載の動力伝達機構。
  7. 　前記長手軸に対する前記斜面の傾斜角度が、前記長手軸に沿う方向に変化している請求項１から請求項６のいずれかに記載の動力伝達機構。
  8. 　前記傾斜角度が、前記長手軸に沿う方向に連続的にかつ単調に変化している請求項７に記載の動力伝達機構。
  9. 　先端側から順に配列されたエンドエフェクタ、屈曲または湾曲可能な関節部、および動力を発生する動力発生部と、
    　該動力発生部から前記エンドエフェクタに前記動力を伝達する請求項１から請求項８のいずれかに記載の動力伝達機構とを備える処置具。
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